Sistemas de comunicación II. Guía 8 1 Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Sistemas de comunicación II Tema: Modulación QAM. Contenidos Formas de onda del modulador 8 QAM Formas de onda del demodulador 8 QAM Diagrama de constelación y efecto de ruido Objetivos Específicos Observar el proceso de la modulación y demodulación QAM Realizar una conexión en 8QAM Analizar el efecto de ruido en la conexión Introducción teórica Quadrature Amplitude Modulation (QAM) o Modulación de Amplitud en Cuadratura (MAK) La QAM es una forma de modulación digital cuya información está contenida tanto en la fase como en la amplitud de la portadora transmitida. 8 QAM En la 8 QAM los datos se dividen en grupos de 3 bits (Tribit), uno de los cuales varía la amplitud de la portadora y los otros dos la fase. La señal modulada puede así tomar 4 diferentes fases y dos diferentes amplitudes, por un total de 8 estados diferentes (figura 1) 16 QAM En la 16 QAM los datos se dividen en grupos de 4 bits (cuadribits). Las 16 posibles combinaciones varían la amplitud y la fase de la portadora, la cual por tal razón puede tomar 16 estados diferentes (Figura 1). n QAM En el estado actual, se llega a una división de los datos en grupos de 9 bits, obteniendo constelaciones con 512 puntos de modulación. Aspectos principales Los principales factores que caracterizan la QAM son: • Aplicaciones en módems para transmisión de datos de alta velocidad (ITU-T V22bis, V29, V32, V32bis, V33, V34, V34bis, BELL 209) y en la transmisión de radio digital • Requiere circuitos de elevada complejidad • Probabilidad de error de elevada complejidad • Fb es la velocidad de transmisión de los bits y “n” el número de bits considerados para la modulación, el espectro mínimo Bw de la señal modulada resulta igual a Fb/n • La eficiencia de transmisión, definida como relación entre Fb y Bw, resulta igual a “n” 2 Sistemas de comunicación II. Guía 8 • El Baudio o Baud rate, definido como la velocidad de modulación o velocidad de símbolo, es igual a Fb/n Figura 1.Constelaciones para 8QAM y 16QAM Modulador QAM El diagrama funcional de de un modulador 8QAM se muestra en la figura 2, mientras que el diagrama de bloques del modulador se muestra en la figura 3. La señal 8 QAM puede verse como una señal 4 PSK cuya amplitud puede tomar dos valores diferentes; de esta forma, cada “intervalo de modulación” dependerá del estado de 3 bits de datos (“I”, “Q”,”C”): los primeros dos determinan la fase de la señal de salida y el tercero la amplitud. Figura 2. Modulador 8QAM Sistemas de comunicación II. Guía 8 3 Figura 3. Diagrama en bloques del modulador 8QAM utilizado en el laboratorio. Demodulador 8 QAM El demodulador 8 QAM colocado en el módulo utiliza el demodulador 4 PSK para detectar las señales “I” y “Q”, mientras que la señal “C” se obtiene detectando la amplitud de los valores positivos de la señal “I”. Dicha amplitud puede tomar dos valores positivos y dos negativos, en función del valor de la señal “C” en transmisión. El demodulador “C” detecta cual de los dos niveles está presente en la señal de llegada. Si el nivel es el mas elevado se obtiene el valor de “1”, mientras que si es el nivel más bajo se obtiene el valor “0”. El diagrama de bloques del demodulador 8 QAM se muestra en la figura 4, mientras que la figura 5 destaca las secciones del módulo utilizadas para ello. Figura 4. Demodulador 8QAM. El demodulador comprende los siguientes circuitos: • • • • • • El regenerador de las portadoras a 0° y 90° (el mismo del demodulador 4PSK) Dos demoduladores 2PSK (indicados en el diagrama I-DEM y Q-DEM) Dos filtros paso bajo Un circuito que discrimina la amplitud de la señal “I”, lo cual permite obtener la señal “C” Un circuito de extracción de reloj de los datos y tres circuitos de retemporización de los datos. Las señales “I”, “Q” y “C” se suministran en las salidas TP31, TP35 y TP39 4 Sistemas de comunicación II. Guía 8 Figura 5. Demodulador 8QAM utilizador en la practica. Materiales y Equipo Unidad de alimentación PSU Módulo de experimentación MCM 31 Osciloscopio Procedimiento Formas de onda del modulador 8 QAM Bibliografía 1. Alimentar el módulo 2. Predisponer el circuito en modo 8 QAM absoluta, con fuente de datos de 24 bits y sin Guía 1 codificación de los datos (conectar J1a-J3c-J4-J5-J6c; SW2 = normal, SW3=24 bits, SW4=1200, SW5= 1200/90°, SW6=QAM, SW7=Squaring loop, SW8= Tribit, ATT= min, NOISE=min) 3. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 (lo cual facilitará la observación de onda modulada detectada en el osciloscopio) y a continuación pulsar START 4. Conectar el osciloscopio a TP14 y a TP16 y analizar la señal de datos y la señal 8 QAM. Regular PHASE para obtener los saltos de fase de la portadora en correspondencia con 0/90/180/270°. Se obtienen formas de onda similares a las de la figura 6. Sistemas de comunicación II. Guía 8 5 Figura 6. Señales correspondientes a la modulación y demodulación QAM. 5. Analizar las formas de onda en TP4, TP6, TP7 y TP8 ¿qué se puede afirmar? __________. 6. Analizar la señal modulada TP16 ¿Qué se puede afirmar? ____________________________ 7. ¿Cuál es la duración de 1 bit y la duración de 1 símbolo? ____________________________ Formas de onda del demodulador 8 QAM 1. Mantener las condiciones anteriores. 2. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 y a continuación pulsar START. 3. Conectar el osciloscopio a TP16 y a TP20, para analizar la señal 8QAM antes y después del canal de comunicación. Regular PHASE para obtener los saltos de fase de la portadora en correspondencia con 0/90/180/270° 4. Observar el efecto del canal de comunicación en la señal 8 QAM. Ya que el canal de comunicación es de banda limitada, las transiciones de fase de la señal 8 QAM de salida resultan levemente niveladas. 5. El demodulador 8 QAM utiliza el demodulador 4PSK para detectar las señales “I” y “Q”, mientras que la señal “C” se obtiene detectando la amplitud de los valores positivos de la señal “I”. Dicha amplitud puede tomar dos valores positivos y dos negativos, en función del valor de la señal “C” en transmisión. El demodulador “C” detecta cual de los dos niveles está presente en la señal de llegada. Si el nivel es el más elevado, se obtiene el valor “1” mientras que si el nivel es el más bajo se obtiene un valor de “0”. 6. En detalle: El demodulador I_DEM constituido por un doble muestreador que muestrea las medias ondas positivas y negativas de la señal 8 QAM entrante, proporciona la señal que se muestra en la figura 6 (TP23). El reloj de muestreo consta de la portadora de 1200 Hz regenerada por la sección Carrier Recovery. Además el filtro paso bajo elimina los residuos 6 Sistemas de comunicación II. Guía 8 de la portadora de 1200 Hz. En la salida del filtro (TP24) se obtiene una señal con 4 posibles amplitudes, 2 positivas y 2 negativas. También, el circuito siguiente muestrea la señal en el centro del intervalo del símbolo. Se obtiene una forma de onda conformada, siempre con 4 niveles de amplitud (TP27). La señal “I” (TP31) se extrae de un circuito de umbral, que proporciona un nivel alto (bit “1”) cuando en TP27 se tiene tensión positiva y un nivel bajo (bit “0”) cuando en TP27 se tiene una tensión negativa. La señal “C” en TP30 se obtiene de un detector seguido de un circuito de umbral; estos proporcionan un nivel alto (bit 1) cuando la tensión en TP24 es la mas alta y un nivel bajo (bit 0) cuando la tensión es la mas baja. La señal “Q” se extrae de manera similar a la señal “I”, utilizando el demodulador Q_DEM y los circuitos sucesivos. 7. ¿Cuál es el reloj de muestreo del símbolo recibido? ¿cuál es el reloj de bit?__________________ 8. Puede verificarse que las señales “I” y “Q” recibidas sean intercambiadas (o de signo opuesto) respecto a las transmitidas. Esto es comprensible ya que el demodulador no sabe cual de las fases de llegada es 0° o 180° y dicha ambigüedad puede llevar a la inversión de los datos demodulados. La ambigüedad se evitará realizando antes de da modulación una codificación diferenciadle los datos. Pulsar eventualmente Phase Sync hasta obtener las señales “I” y “Q” con signo correcto. 9. Analizar en TP9 los datos recibidos. Pulsar Phase Sync hasta obtener los datos recibidos iguales a los transmitidos (TP4) Diagrama de constelación y efecto de ruido 1. Colocar las siguientes condiciones (J1a-J3c-J4-J5-J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24 bits, SW4 = 1200, SW5 = 1200/90°, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min, NOISE = min) 2. Predisponer una secuencia de datos cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 y a continuación pulsar START 3. Predisponer el osciloscopio de la siguiente manera: Modo X-Y. Entradas DC y 1 V/DIV 4. Conectar TP27 y TP28 a las entradas X e Y del osciloscopio 5. Dibujar el diagrama de constelación. que se visualiza. _______________ 6. Insertar gradualmente ruido (NOISE) y observar el desplazamiento de los puntos de la constelación. 7. ¿Cómo pueden predisponerse los circuitos para llevar a cabo una medida de la tasa de error en el sistema de comunicación QAM? ________________________________ 8. Predisponer los circuitos con base a la respuesta anterior 9. Aumentar gradualmente el ruido 10. Observar el desplazamiento de los puntos de la constelación y el simultáneo aumento de los bits de error en recepción. 11. Apagar y desconectar todo el equipo. Investigación complementaria 1. Presente las graficas obtenidas y responda las preguntas planteadas a lo largo de la guía Guía 3 Bibliografía Guía 4 Modulaciones digitales. Módulo MCM31/EV. Tomo 1/2. Teoría y ejercicios. Elettronica Veneta. Guía 3 Lección 980. Paginas 45-60. fía Guía 4 fía Sistemas de comunicación II. Guía 8 Hoja de cotejo: Docente: Guía 8: Modulación QAM. 7 1 1 Máquina No: MáquinaGL: No: Alumno: Tema: Presentación del programa Alumno: Docente: Máquinaa No: Fecha: GL: Docente: GL: EVALUACION % CONOCIMIENTO Del 20 al 30% APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO Del 40% al 60% 1-4 5-7 8-10 Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos No tiene actitud proactiva. Actitud propositiva y con propuestas no aplicables al contenido de la guía. Tiene actitud proactiva y sus propuestas son concretas. ACTITUD Del 15% al 30% TOTAL 100% Nota