Este documento presenta un plan de estudios para sistemas de telecomunicaciones. Cubre temas como clasificación de sistemas, señales e información, procesos de codificación, modulación analógica y digital, multiplexación y sistemas ópticos y radioeléctricos. También describe varios métodos de modulación digital como PCM, DPCM, delta y modulación por codificación de pulsos, así como modulación con portadora como ASK, FSK y PSK. El objetivo es que los estudiantes conozcan, comprendan y

1. Plan Complementario
SISTEMAS DE
TELECOMUNICACIONES
EIE 846
Francisco Apablaza M.
2013
famapablaza@hotmail.com

2. Programa
Objetivos:
Conocer, Comprender y Aplicar los principales
componentes y fundamentos conceptuales de los
sistemas de Telecomunicaciones.
Contenidos:
Clasificación de los sistemas de telecomunicaciones
Información, Señales y Ruido
Proceso de codificación de: fuente, canal y línea
Procesos de Modulación: lineal, angular y
digital
Multiplexión: FDM-TDM-WDM
Sistemas radioeléctricos
Sistemas ópticos
2

3. MODULACIÓN DE PULSOS
 Modulación de Amplitud de pulsos (PAM)
 Modulación de la Duración o Anchura de pulsos (PDM o
PWM)
 Modulación por Posición de pulsos (PPM)
3
(En rigor éstas no son modulación digital, la portadora
es una señal periódica de pulsos, en vez de sinusoide,
modulada por una señal continua o analógica)

4. Muestreo
Teorema de Muestreo: Una señal continua, de energía
finita y limitada en banda, sin componentes
espectrales por encima de una frecuencia fmax,
queda descrita completamente especificando los
valores de la señal a intervalos de 1/2fmax segundos.
4
Frecuencia de Nyquist: fs<2fm
Es común a todos estos métodos de modulación el
proceso de muestreo
Muestreo ideal con tren de impulsos:

5. Muestreo Ideal
5

6. “aliasing” o
traslape
6
Filtro Anti
aliasing
Muestreo Ideal

7. Muestreo Real
Impulsos ideales por pulsos reales:
muestreo natural
7
función de tipo sinc(x) o sen(x)/x.

8. 8
Se recupera
también con
LPF
Modulación de Amplitud de pulsos
PAM Natural

9. Modulación de Amplitud de pulso
PAM Techo Plano
Señal discreta: entre pulsos hay tiempo
disponible para intercalar otras
muestras.
9
<Tb=Ts

A
f(t)
f
S&H

10. Para su espectro:
Efecto apertura
10
Puede ser despreciable
si <<Ts
Modulación de Amplitud de pulso
PAM Techo Plano
En recepción:

11. Modulación por Duración o Ancho
de Pulsos (PWM o PDM) y PPM
11
Comparador
de nivel y
generador
serrasoidal
Modifica el
ciclo de
trabajo
(Duty Cycle)

12. Reloj
Generador
Rampa
S/H 
+
+
PWM
f(t)
muestreador
Vref.
Comparador
Voltaje de referencia
Entradas
del
Comparador
PWM
Generación de Modulación de
Ancho de Pulso (PWM)
12

13. Aplicación muestreo
TDM es el proceso de transmitir por un mismo
canal varias señales las cuales han sido
muestreadas sincrónicamente en el tiempo y
secuencialmente intercaladas.
13

14. Entre intervalos se pueden colocar las
muestras correspondientes a otras señales.
TDM
t
f1(t)
f2(t)
Aplicación muestreo
También es el inicio de la conversión análogo
digital
 El PWM usado para control de motores. 14

15. MODULACIÓN DIGITAL DE PULSOS
 Modulación de pulsos Codificados (PCM)
 ADPCM
 DeltaM
15
N1
N2
N3
N4
N5
N2 N1 N2 N4 N5 N4

16. 16
PCM
También : MIC, modulación numérica
Procesos: muestreo, cuantización y
codificación.
Definir rango dinámico … M=2n = niveles
Cuantificación redondea el valor de la
amplitud al número permisible más cercano.

17. Cuantificación
17
PCM

18. Cuantificación uniforme
18
Mas niveles,
menor error
(ruido o
distorsión)
PCM

19. X (kTs) estará entre Ai-V/2 y Ai-V/2
El valor medio cuadrado de este error de
cuantización (redondeo) es:
19
P = MV , el valor peak to peak de la señal
el valor r.m.s. del ruido
PCM

20. El ruido de cuantización es:
20
M S/Nq [dB]
2 17
4 23
8 29
16 35
32 41
64 47
128 53
256 59
Como M=2n
PCM
Mas bits mayor BW !

21. Cuantizador
21
PCM
Proceso PCM

22. Para mejorar SNqR promedio, para
telefonía, se utiliza cuantización no
lineal o no uniforme.
22
Equivale a pasar la señal en banda base por un
compresor y luego aplicar la señal comprimida a un
cuantificador uniforme.
PCM
Cuantificación No-uniforme
Pequeña
señal
mayor
precisión
mayor
señal
menor
precisión

23. Ley  Ley A
23
con  = 255 (óptimo) con A = 87.6(óptimo)
UIT-T define una aproximación segmentada en Rec. G.711
1
1’
M = 256 niveles = 28
Byte de 8 bits
Log NAT
PCM

24. Características de
Compresión
24
Mejora de Compresión
S/Nq=+6n
=10log{3/[ln(+1)]2}
PCM

25. PCM rec G.711 UIT-T
25
LSB1 1 1 0 1 0 1 0
+
- | #SEG |
Valores normalizados de Vin:V7=
4096; V6=2048; V5=1024; V4=512;
V3=256; V2=128; V1=64 (Pin max=
3.14[dBm] sobre 600;
Entonces, 4096 unidades equivalen a
un voltaje “peak” de 1572,5 [mV.],
mientras que una unidad normalizada
equivale a 0,384 [mV.].
| MUESTRA |

26. Variantes de PCM: la modulación por
codificación diferencial de pulsos (DPCM),
ADPCM, LPDPCM y la modulación delta
(DM), y modulación sigma-delta (D-ΣM).
Se pretende extraer la redundancia que
existe entre muestras sucesivas.
La diferencia entre muestras sucesivas es
menor que el valor absoluto de la muestra.
26
DPCM

27. Diagrama codificador
27
Los coeficientes o
pesos, se determinan
según correlación.
Error acumulativo
DPCM

28. Hay sobre muestreo, o sea: fs>>2fm
Se utiliza 1 bit para codificar
diferencia + ó –: sólo dos niveles ±.
Modulación Delta
28

29. Señal escalera de aproximación
29
29
e(n)=m(n) - mq(n-1)= +
m(t)
mq(t)
Modulación Delta
“sobrecarga” o “saturación” de pendiente
pendiente mayor que: V × fs
Ruido granular

30. Se supera efecto de sobrecarga con:
cumpliendo la condición para no tener
sobrecarga de pendiente:
óptimo??? Solución de compromiso entre la
distorsión por sobrecarga y el ruido granular
para la obtención del valor óptimo.
También alternativas: AdaptiveDM y CVSD
(continuously variable slope delta) 30
Modulación Delta

31. Decodificador
31
Modulación Delta
Se reconstruye la escalera e integra la envolvente.
Sistema simple y eficiente.

32. MODULACION DIGITAL CON PORTADORA MODULADA
– 1. Modulación Binaria de Amplitud (Amplitude-Shift Keying, ASK)
– 2. Modulación Binaria de Frecuencia (Frequency-Shift Keying, FSK)
– 3. Modulación Binaria de Fase (Phase-Shift Keying, PSK)
– 4. Modulación Binaria Diferencial de Fase (Differential PSK, DPSK)
MODULACION DIGITAL M-aria
– QPSK
– QAM
– TCM
– OFDM
32
MODULACION DIGITAL

33. Corresponde ahora modular una
portadora con una señal binaria de
datos, para adaptarse al medio de Tx,
tal como un canal telefónico, a un
radioenlace o a una fibra óptica.
MODEM
Como antes, se modulará en amplitud,
frecuencia o fase.
33
MODULACION DIGITAL

34. Modelo del sistema
34
MODULACION DIGITAL

35. Modulación binaria
35
MODULACION DIGITAL

36. Demodulación coherente y no coherente
36
MODULACION DIGITAL

37. ¿cuál utilizar? Comparar su desempeño
37
Demodulación ASK coherente y no coherente
MODULACION DIGITAL

38. MODULACION DIGITAL
El principal índice es la probabilidad de
error. Para ASK:
38
No=ηBW = potencia de ruido
Como ej. para ambos métodos se evalúa con:
BW =10M [Hz], rb=4,8x106 [bit/seg], A=1[mV ] y
η/2 =10−15 [watts/Hz], se obtiene:
Pe [ASKc]=2x10-7
Pe[ASKnc]=10650x10-7
[ASKnc] es atractivo por
simplicidad pero mala calidad.
[ASKc] es de mejor calidad
pero más complejo.
Ver Anexo:func.Q

39. 39
MODULACION ASK
m(t) =
1
0
s(t) =
Acos(wct)
0
Se conmuta entre dos valores

40. Receptor coherente
40
MODULACION ASK
Receptor no coherente

41. La frecuencia instantana de la portadora se
conmuta entre 2 o mas niveles según datos BB.
41
MODULACION FSK
FSK de fase discontinuaFSK de fase continua (CPFSK)

42. Detector
envolvente
42
Demodulación FSK
MODULACION FSK

43. Relaciones espectrales
43
La frecuencia instantánea en un intervalo Tb será f1 = fc - fd o
fo = fc + fd , donde fc= f de la portadora sin modular y fd la
desviación de frecuencia respecto a fc; f1 y fo son las
frecuencias de transmisión de un “1” o un “0”, respectivamente.
Ambas componentes “laterales” NO son simultáneas
MODULACION FSK

44. Definiendo |fo − f1| = Δf = 2fd y k= fd/fb, entonces:
Si k << 1, entonces los espectros se acercan y se produciría una
gran interferencia mutua entre las dos componentes “0” y “1”.
Si 1 ≤ k < 1/3, la separación entre los dos espectros aumenta y la
interferencia mutua entre ellos disminuye; el ancho de banda de
cada “lateral” se puede tomar como B = (fb + fd ).
Si k ≥1, los espectros estarán lo suficientemente separados, y la
interferencia mutua entre canales será mínima y el ancho de banda
cada componente será B = 2fb.
44
BW e interferencia
MODULACION FSK

45. Para reducir la interferencia intersímbolos,
se define ortogonalidad entre señales en el
intervalo Tb:
Para:
Debe cumplirse:
45
MODULACION FSK

46. Esto establece que:
46
donde m y n son enteros distintos de cero y n > m.
Como Δf= 2fd, entonces fd= m(fb/2); asimismo,
2f1+2fd=n/Tb = nfb, y como fc=f1+fd, entonces
fc= n fb/2.
Así:
Un buen criterio de elección de frecuencias con
separación ortogonal
y
MODULACION FSK

47. Receptor coherente
47
Receptor no coherente
MODULACION FSK

48. En la demodulación coherente es
necesario recuperar la portadora:
48
En la demodulación nocoherente es mas
simple:
MODULACION FSK

49. Generación:
49
MODULACION PSK
Similar a ASK
Receptor:
U/B

50. Representación fasorial
50
“1”
“0”
0

MODULACION PSK

51. Proceso de demodulación
51
Señal Rx:
Multiplicación local:
Det. Coherente:
LPF
Det. Sincrónica:
LPF
Phase Jitter
MODULACION PSK

52. Criterio de decisión
52
Receptor coherente
Multiplicación y BPF
VCO - PLL
MODULACION PSK

53. En presencia de jitter, la demodulación
PSK sufre mucho deterioro, y como la
estabilidad entre intervalos sucesivos
siempre será mejor que las variaciones
a largo plazo, se elije una
precodificación diferencial, previo al
modulador PSK, así la información del
dato está en la diferencia entre
intervalos Tb sucesivos. Así permite
recepción nocoherente. 53
MODULACION DPSK

54. Comparación PSK y DPSK
54fc=fb por facilidad gráfica
MODULACION DPSK

55. Generación DPSK
55
ak=


=
MODULACION DPSK

56. Receptor DPSK
56
==  
Se denomina “detección por retardo” y no necesita
sincronización de portadora pero sí de temporización.
MODULACION DPSK

57. Proceso de detección
57
Señal recibida:
Señal retardada:
Salida detector:
Como , es suficiente verificar el signo
de vd(t), o sea, el dato.
La Pe indica que DPSK requiere 1 dB mas de potencia
para igual resultado:
MODULACION DPSK

58. 58
Probabilidad de Error en Sistemas de
Modulación Binaria

59. Probabilidad de Error en Sistemas de
Modulación Binaria
59

60. Para mejorar la eficiencia del proceso
de modulación, se realiza una
modulación multinivel, o también llamada
M’ria.
Continúa en Cap 3-3
60

61. Refs para profundizar
 Digital and Analog Comm. Systems,
Sam Shammugan
Sistemas de Comunicación, B.P.Lathi
Digital Comm Systems, JCUniv.
Modulación pulsos, UCantabria
 Apuntes prof. R.Villarroel PUCV
61

62. Investigar:
1.- Calcular el BW de una señal PCM en comparación a
la señal de banda base telefónica.
2.- Realice gráficamente el proceso de modulación
delta de una señal arbitraria, definiendo 15 niveles
cuánticos y 12 instantes de muestreo.
3.- Investigar que es MSK y GMSK y aplicación.
4.- Demostrar que para una misma Pe, Tb y N hay una
diferencia de 3dB de potencia mayor en ASK
coherente c/r a PSK.
5.- Calcular en detalle los ejms de lámina 38
62

63. ANEXO
63

64. 64