Practica N°5: Modulaciones Digitales ASK, SFK Y PSK

MODULACIÓN DIGITAL :FSK – PSK - QAM

El término comunicaciones digitales abarca un área extensa de técnicas de comunicaciones, incluyendo transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales, entre dos o más puntos, de un sistema de comunicación. El radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas, en forma digital, entre dos o más puntos de un sistema de comunicación. Los sistemas de transmisión digital requieren de un elemento físico, entre el transmisor y el receptor, como un par de cables metálicos, un cable coaxial, o un cable de fibra óptica. En los sistemas de radio digital, el medio de transmisión es el espacio libre o la atmósfera de la Tierra.

Radio digital

Los elementos que distinguen un sistema de radio digital de un sistema de radio AM, FM, o PM, es que en un sistema de radio digital, las señales de modulación y demodulación son pulsos digitales, en lugar de formas de ondas analógicas. E1 radio digital utiliza portadoras analógicas, al igual que los sistemas convencionales. En esencia, hay tres técnicas de modulación digital que se suelen utilizar en sistemas de radio digital: transmisión (modulación) por desplazamiento de frecuencia (FSK), transmisión por desplazamiento de fase (PSK), y modulación de amplitud en cuadratura (QAM).

TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)

El FSK binario es una Forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La expresión general para una señal FSK binaria es

v(t) = V c cos [ ( w c + v m(t) D w / 2 )t ] (1).

donde v(t) = forma de onda FSK binaria.

V c = amplitud pico de la portadora no modulada.

w c = frecuencia de la portadora en radianes.

v m(t) = señal modulante digital binaria.

D w = cambio en frecuencia de salida en radianes.

Transmisor de FSK

La salida de un modulador de FSK binario, es una función escalón en el dominio del tiempo. Conforme cambia la señal de entrada binaria de 0 lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK se desplaza entre dos frecuencias: una frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio o de 0 lógico. Con el FSK binario, hay un cambio en la frecuencia de salida, cada vez que la condición lógica de la señal de entrada binaria cambia. Un transmisor de FSK binario sencillo se muestra en la figura l.

Receptor de FSK

Ilustración de señales; A) Señal modulante 1, B) Señal modulante 2, C) Señal de entrada,  D) Señal modulada

TRANSMISIÓN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)

Transmitir por desplazamiento en fase (PSK) es otra forma de modulación angular, modulación digital de amplitud constante. El PSK es similar a la modulación en fase convencional, excepto que con PSK la señal de entrada es una señal digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida.

Rendimiento de error de PSK

El rendimiento de error de bit para los distintos sistemas de modulación digital multifase está directamente relacionado con la distancia entre puntos en un diagrama de espacio de estado de la señal.

Para los sistemas de PSK, la fórmula general para los puntos del umbral es

TP = ± p/M (8)

en donde M es el número de estados de señal.

Para PSK, la fórmula general para la distancia máxima entre puntos de señalización se da por

sen q = sen(360º/2M) = d / 2D (9)

en donde d = distancia de error

M = número de fases

D = amplitud pico de la señal

resolviendo para d

d = 2D sen(180º/M) (10)

Los niveles más altos de modulación (por ejemplo, entre mayor sea el valor de M) requieren de una mayor relación de la densidad de potencia de energía por bit a ruido, para reducir el efecto de la interferencia de ruido. En consecuencia, entre más alto sea el nivel de modulación más pequeña será la separación angular entre puntos de señal, y más pequeña la distancia de error.

Modulación por Desplazamiento de Amplitud (ASK).

La modulación ASK, se basa en representar variaciones de amplitud inmersos en una secuencia de datos digitales como variaciones de amplitud en una onda portadora. En otras palabras, la alternancia de amplitud de la señal portadora dependerá directamente de los niveles de amplitud de la señal a modular manteniendo la frecuencia y la fase constante. Las variaciones de amplitud es usada para representar valores binario de “0” y “1”, de esta manera se puede representar la señal portadora como un interruptor ON/OFF.

Por otra parte, el circuito consta de un interruptor el cual dependiendo de la información de la señal a modular (“1” y “0”) elige la portadora correspondiente para ese valor.

Modulación	Codificación	BW (Hz)	Baudio	Eficiencia BW (bps/Hz)
FSK	Bit	á f b	f b	[1
BPSK	Bit	f b	f b	1
QPSK	Dibit	f b / 2	f b / 2	2
8-QPSK	Tribit	f b / 3	f b / 3	3
8-QAM	Tribit	f b / 3	f b / 3	3
16-QPSK	Quadbit	f b / 4	f b / 4	4
16-QAM	Quadbit	f b / 4	f b / 4	4

TABLA 1: RESUMEN DE LA MODULACIÓN DIGITAL