Construcción de banco de comunicaciones digitales

Telecomunicaciones. Impactos. Marco histórico y conceptual. Modulación digital. Proceso de elaboración y administración. Diseño. Diagramas de flujo

  • Enviado por: Jorge Navarro
  • Idioma: castellano
  • País: Colombia Colombia
  • 81 páginas
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

BANCO DE COMUNICACIONES DIGITALES

  • Introducción

  • Planteamiento del Problema

  • Justificación

  • Planteamiento del Problema

  • Impactos que Genera la Creación del proyecto

    • Social

    • Institucional

    • Ambiental

  • Objetivos

    • General

    • Específicos

  • Marco Histórico

    • Pasos de la Evolución

  • Marco Conceptual

  • Interrogantes

  • 10. Modulación digital

    11. Metodología de la Invetigación

    • Investigativa: Formato Encuesta

    • Investigativa Descriptiva: Tabulaciones de la Encuesta

    12. Monto de la Inversión

    • Requerimientos

    • Muebles y enseres

    • Instrumentos

  • Descripción del proceso de Elaboración

  • Ubicación

  • Desarrollo del Proceso de Administración

    • Planeación

    • Organización

    • Dirección

  • Diagrama de Flujo #1: Prestación de Servicios a los Alumnos

  • Diagrama de Flujo #2: Practicas en el Sistema de Comunicación Digital

  • Evaluación del Proyecto

    • Relación Beneficio-Costo

              • Indicadores

              • Pruebas

  • Recomendaciones

  • Conclusiones

  • 1. INTRODUCCIÓN

    Los Sistemas de Comunicaciones han pasado por varias generaciones en etapas de evolución gracias a la Clave de Samuel Morse; muchos de los sistemas de comunicación eléctrica se encuentran en todas partes donde se transmite la información de un punto a otro. El teléfono, la radio y la televisión han venido a ser factores de la vida diaria. Los circuitos de larga distancia cubren el globo terráqueo llevando texto, voces e imágenes. Los sistemas de radar y telemetría desempeñan papeles importantes, vitales, en navegación, defensa e investigación científica. Las computadoras hablan a otras computadoras por medio de enlaces de datos transcontinentales de datos enviando señales digitales en bits, representando los códigos binarios 0-1. Para que los alumnos realicen sus practicas deben saber que un sistema típico está formado de numerosas y diversas partes cuya comprensión escapa virtualmente a todas las especialidades de la ingeniería electrónica: conversión de la energía, teoría de redes, teoría electromagnética, para citar unas cuantas aplicaciones de sus conocimientos.

    Este proyecto consiste en elaborar un modelo didáctico donde se puedan distinguir claramente los elementos utilizados en las telecomunicaciones; el cual será una herramienta muy útil para los alumnos y docentes.

    Con este el estudiante estará en capacidad de entender los conceptos básicos y la terminología necesaria para transmitir una comunicación digital; analizar y observar físicamente el comportamiento de una señal modulada.

    2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    Para la educación y formación de una persona se hace indispensable el manejo de métodos que faciliten la comprensión y el análisis; factor que ha tenido en cuenta la tecnológica autónoma del pacifico durante todos los años de existencia; al mejorar cada día la calidad de educación. Hoy la institución cuenta con muchas herramientas que facilitan el aprendizaje de los alumnos y la enseñanza de los docentes, sin embargo, existen áreas en las cuales se hace indispensable el manejo de equipos didácticos como es el caso de la asignatura de teoría de telecomunicaciones, en donde muchas veces los dibujos, presentaciones y simulaciones no son suficientes.

    En este momento no se cuenta con unos Componentes que faciliten el Desarrollo de las Practicas por lo que no se ha llegado a un claro entendimiento de varios de los conceptos aplicados en esta asignatura y poder conocer la Función de las Herramientas y Materiales.

    Por estos motivos, es indispensable disponer de elementos constituidos en un Banco en el cual estén unificados una Serie de Componentes Didácticos y diferentes alternativas para lograr así solucionar inquietudes y llevar a cabo las Pruebas de Laboratorio correspondientes.

    3. JUSTIFICACIÓN

    En la facultad de Ingeniería Electrónica existe una Materia basada en comunicaciones “para los aspirantes a Técnicos llamadas Redes 1, Redes 2 y Administración de Redes” y para los que van a ser Tecnólogos “Comunicación 1, Sistemas de Transmisión y Comunicación 2” las cuales incluyen muchos factores para conocer distintas aplicaciones en cuanto a las comunicaciones digitales; sin embargo, la Tecnológica Autónoma del Pacífico no ha puesto en practica estos conocimientos adquiridos durante este trayecto.

    Es por eso que deseamos aplicar un conocimiento adquirido como resultado de los tres años y medio de estudios realizados en la institución, pues es una elaboración que sintetiza y ordena el conjunto de actividades programadas y relacionadas con nuestra especialidad, para que tanto los estudiantes como los docentes utilicen los recursos preestablecidos de tal manera que den respuesta positiva a los problemas que hemos encontrado con respecto a los materiales didácticos que se utilizan en la institución y las necesidades planteadas que exponemos en este proyecto.

    Se nos ocurre la idea de construir un banco de Telecomunicaciones digitales el cual va a facilitar el aprendizaje a la población estudiantil y, a su vez beneficiara a los profesores en la pedagogía educativa.

    Este proyecto busca dotar a los laboratorios de la institución con un equipo didáctico en el cual se pueden hacer pruebas y se asemeje a lo que actualmente se encuentra en las empresas de telecomunicaciones, brindando de este modo garantía y seguridad en la enseñanza de la especialidad.

    4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

    Debido al problema planteado, surgen interrogantes como:

    • Conque elementos deberían construirse el banco de comunicaciones digitales?

    • El banco debe ser portátil o fijo en un laboratorio?

    • Cuantos estudiantes podrían hacer pruebas al mismo tiempo en grupo?

    • De que tamaño sería el banco?

    • Los elementos deberán construirse por los estudiantes?

    • Los elementos pueden ser comprados y armado el banco por el grupo de estudiantes?

    • El cuerpo administrativo y académico de la TAP es consciente de la necesidad que existe del laboratorio de pruebas digitales.

    5. IMPACTOS QUE GENERA LA CREACIÓN DEL PROYECTO

    SOCIAL.

    En nuestra sociedad, la Tecnológica Autónoma del Pacifico ganará un reconocimiento a nivel Educativo, dándose cuenta en sus egresados los cuales saben los principios de una comunicación y además conocer los elementos a utilizar, de los cuales proceden una calificación para la institución de parte de la sociedad en general; dando ellos particularmente una definición clara y veraz del Proceso educativo que se imparte a los jóvenes que estudian en la misma.

    INSTITUCIONAL.

    La Tecnológica Autónoma del Pacifico ha entrado en distintos procesos de evolución a lo largo de estos 4 años para brindar a todos sus alumnos un mayor logro por plasmar sus conocimientos adquiridos en diferentes semestres.

    Se ha visto que en las facultades de Ingeniería Electrónica, Mecatrónica y Electromédica se han realizados ciertas practicas exigidas a lo largo de su carrera con dando a conocer diversas Herramientas muy utilizadas en el ámbito laboral. Nosotros por medio de una Encuesta realizadas a las facultades anteriores nos han dado a conocer las necesidades para realizar una serie de Practicas en un Sistema de Comunicaciones Digitales afianzando sus conocimientos teóricos ofreciendo una clara instrucción con ejemplos planteados por los Docentes los cuales aportan sus ideas en base a las Redes y las Telecomunicaciones.

    AMBIENTAL

    Hemos realizado un estudio con los proyectos entregados anteriormente a esta institución, llegando a la conclusión que existen ciertos problemas como: El Ruido, perturbando la tranquilidad y la concentración no solo de los Docentes y los alumnos que realizan las practicas dentro de un aula de clase, sino también de los otros estudiantes que están en distintas aulas de clase incluyendo un problema como la Mala Ubicación; El Suelo, ya que es un espacio reducido para cierta cantidad de alumnos tras las actividades vistas en clase, por lo que también va incluido otro problema como El Calor tras no haber una suficiente ventilación. Es por eso que nuestro Sistema de Comunicaciones Digitales, al igual que los proyectos entregados anteriormente, serán ubicados en un lugar exclusivamente para los Ingenieros tanto Electrónicos como Mecatrónicos solucionando los diferentes problemas presentados con anterioridad y colaborando con la Tranquilidad de las diferentes facultades académicas presentes en la institución.

    6. OBJETIVOS

    GENERAL

    Diseñar y elaborar un Banco de Telecomunicaciones Digitales para la Tecnológica Autónoma del Pacifico con el fin de contribuir al desempeño de las practicas en esta modalidad.

    ESPECÍFICOS:

    • Dotar al estudiante con las herramientas teóricas y prácticas necesarias para que esté en capacidad de analizar un sistema de comunicación digital, a la vez que pueda entender como se propagan las señales en los diferentes medios, los diferentes efectos que sufren las señales durante su propagación y las diferentes técnicas de modulación digital.

    • Posibilitar el máximo entendimiento en cada una de las clases de Redes.

    • Permitir la demostración de los conceptos Teóricos a cabalidad.

    • Dar a conocer físicamente los elementos indispensables para realizar una comunicación.

    • Desarrollar en el estudiante la habilidad de analizar sistemas de comunicación de acuerdo a sus respuestas.

    • Adquirir los conceptos y términos básicos empleados en libros, revistas o informes técnicos relacionados con las comunicaciones electrónicas digitales.

    7. MARCO HISTÓRICO

    El primer Sistema de Comunicaciones Electrónicas fue desarrollado en 1837 por Samuel Morse; usando la inducción electromagnética, pudo transmitir esta información en forma de puntos, guiones y espacios por medio de un cable metálico llamándole a ese invento el Telégrafo. Lo que en esta época se conoce como una cierta codificación de 1 y 0 (números binarios) por medio de unas Líneas fundamentales para la transmisión de datos actualmente digitales. Respecto a esta evolución se buscó complementar esa tecnología implementando estos servicios en redes de Comunicación por medio de la interconexión de 2 computadores, ambos a través de un MODEM (Modulador-Demodulador).

    La especie humana es de carácter social, es decir, necesita de la comunicación;

    Pues de otra manera viviríamos completamente aislados. Así, desde los inicios de la especie, la comunicación fue evolucionando hasta llegar a la mas sofisticada tecnología, para lograr acercar espacios y tener mayor velocidad en el proceso.

    Las primeras manifestaciones en la comunicación de la especie humana fue la voz, las señales de humo y sus dibujos pictóricos; posteriormente al evolucionar, fue la escritura, el elemento que permitió desarrollar las culturas que hoy se conocen. Las artes como la música y el teatro, forman parte fundamental en la formación y desarrollo de la misma especie y sus culturas.

    Desde las primeras máquinas programables manualmente (máquina diferencial de Babbage) o con procedimientos electrónicos (ENIAC, con tubos al vacío, en 1947), hasta nuestros días de potentes computadoras digitales que se han introducido en prácticamente todas las áreas de la sociedad (industria, comercio, educación, comunicación, transporte, etc.). Con todos estos avances tecnológicos y necesidades, la comunicación o transmisión de datos fue tomando cada vez mas auge. Los primeros intentos y realizaciones en la tarea de conjugar ambas disciplinas - comunicaciones y procesamiento de datos - tuvieron lugar en Estados Unidos, donde durante años cuarenta del siglo XX se desarrollo una aplicación de inventario para la U.S. Army y posteriormente, en 1953, otra para la gestión y reserva de las plazas en la American Airlines, que constituyeron los dos primeros sistemas de procesamiento de datos a distancia.

    Con el desarrollo de las civilizaciones y de las lenguas escritas surgió también la necesidad de comunicarse a distancia de forma regular, con el fin de facilitar el comercio entre las diferentes naciones e imperios.

    PASOS DE LA EVOLUCIÓN.

    Telégrafo:

    Sistema de comunicación basado en un equipo eléctrico capaz de emitir y recibir señales según un código de impulsos eléctricos. En un principio, la palabra `telegrafía' se aplicaba a cualquier tipo de comunicación de larga distancia en el que se transmitiesen mensajes mediante signos o sonidos

    Teleimpresión:

    En la teleimpresión, el mensaje se recibe en forma de palabras mecanografiadas sobre una hoja de papel. Cada letra del alfabeto viene representada por una de las 31 combinaciones posibles de cinco impulsos electrónicos de igual duración, siendo la secuencia de intervalos utilizados y no utilizados la que determina la letra. El código de impresión de arranque-parada utiliza siete impulsos para cada carácter: el primero indica el comienzo y el séptimo el final de cada letra.

    La telegrafía 1900:

    La telegrafía eléctrica fue el segundo gran pilar del sistema de comunicaciones del siglo XIX. España no fue una excepción. En aquella época no existía alternativa posible al telégrafo en términos de velocidad de la transmisión de la información. A pesar de la modernización del Correo decimonónico, las ventajas del telégrafo resultaban indiscutibles.

    Télex:

    En 1958 apareció un sistema de intercambio de teleimpresión de llamada directa, denominado télex, que en el plazo de diez años contaba con más de 25.000 abonados. El sistema télex permite a sus abonados enviar mensajes y datos directamente a otros abonados y, a través de redes de operadoras internacionales, a otras muchas partes del mundo. Los abonados de télex también pueden enviar mensajes a los no abonados a través de centros especializados de comunicaciones que hacen llegar los mensajes en forma de telegramas.

    Teléfono:

    Instrumento de comunicación, diseñado para la transmisión de voz y demás sonidos hasta lugares remotos mediante la electricidad, así como para su reproducción. El teléfono contiene un diafragma que vibra al recibir el impacto de ondas de sonido. Las vibraciones (movimiento ondulatorio) se transforman en impulsos eléctricos y se transmiten a un receptor que los vuelve a convertir en sonido.

    Telefonía por satélite:

    En 1969 se completó la primera red telefónica global con base en una serie de satélites en órbitas estacionarias a una distancia de la Tierra de 35.880 Km. Estos satélites van alimentados por células de energía solar. Las llamadas transmitidas desde una antena terrestre se amplifican y se retransmiten a estaciones terrestres remotas. La integración de los satélites y los equipos terrestres permite dirigir llamadas entre diferentes continentes con la misma facilidad que entre lugares muy próximos. Gracias a la digitalización de las transmisiones, los satélites de la serie global INTELSAT pueden retransmitir simultáneamente hasta 33.000 llamadas, así como diferentes canales de televisión.

    Correo de voz:

    El correo de voz permite grabar los mensajes recibidos para su posterior reproducción en caso de que la llamada no sea atendida. En las versiones más avanzadas de correo de voz, el usuario puede grabar un mensaje que será transmitido más adelante a lo largo del día.

    El correo de voz se puede adquirir en la compañía telefónica como un servicio de conmutación o mediante la compra de un contestador automático. Por lo general, es un equipo telefónico ordinario dotado de funciones de grabación, reproducción y detección automática de llamada. Si la llamada entrante se contesta en cualquier teléfono de la línea antes de que suene un número determinado de veces, el contestador no actúa. Sin embargo, cumplido el número de llamadas, el contestador automático procede a descolgar y reproduce un mensaje grabado previamente, informando que el abonado no puede atender la llamada en ese momento e invitando a dejar un mensaje grabado.

    CORREO ELECTRÓNICO (E-MAIL) :

    El correo electrónico se ha convertido en elemento imprescindible en las redes de comunicación de la mayoría de las oficinas modernas. Permite transmitir datos y mensajes de una computadora a otra a través de la línea telefónica, de conexión por microondas, de satélites de comunicación o de otro equipo de telecomunicaciones y mandar un mismo mensaje a varias direcciones. El correo electrónico se puede enviar a través de la red de área local (LAN) de la empresa o a través de una red de comunicación nacional o internacional. Los servicios de correo electrónico utilizan una computadora central para almacenar los mensajes y datos y enviarlos a su destino. El usuario de un PC que desee enviar y recibir mensajes escritos o hablados sólo necesita suscribirse a una red de correo electrónico pública y disponer de un módem y un teléfono. Dado el enorme volumen de correo electrónico potencial que puede generarse, se han desarrollado sistemas capaces de particularizar el correo para cada usuario.

    8. MARCO CONCEPTUAL

    Ancho de Banda: En comunicaciones, es un indicador de la cantidad de datos que pueden transmitirse en determinado periodo de tiempo por un canal de transmisión, por ejemplo un radiotransmisor, una antena parabólica o el cableado que conecta a dos computadoras. Por lo general, el ancho de banda se expresa en ciclos por segundo (hercios, Hz), o en bits por segundo (bps).

    Antena: equipo utilizado en electrónica para propagar o recibir ondas de radio o electromagnéticas.

    Amplificador: dispositivo para aumentar la amplitud, o potencia, de una señal eléctrica. Se utiliza para ampliar la señal eléctrica débil captada por la antena de un receptor de radio.

    Amplitud Modulada: Una señal modulada en amplitud se compone de la frecuencia portadora y dos bandas laterales producto de la modulación.

    Digital: en contraposición a 'analógico' (continuo), forma de representar la información con valores numéricos (discretos). Ceros o unos, Los ordenadores, en último término, representan la información con dígitos binarios.

    Espectro Electromagnético: Es el conjunto de todas las frecuencias de emisión de los cuerpos de la naturaleza. Comprende un amplio rango que va desde ondas cortas (rayos gamma, rayos X), ondas medias o intermedias (luz visible), hasta ondas largas (las radiocomunicaciones actuales).

    Frecuencia: término empleado en física para indicar el número de veces que se repite en un segundo cualquier fenómeno periódico

    Frecuencia modulada: (FM), sistema de transmisión de radio en el que la onda portadora se modula, de forma que su frecuencia varíe según la señal de audio transmitida.

    Interfaz: punto en el que se establece una conexión entre dos elementos, que les permite trabajar juntos. La interfaz es el medio que permite la interacción entre esos elementos.

    Longitud de onda: distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que tienen el mismo estado de vibración.

    MODEM: inicialmente del término inglés MODEM, es un acrónimo de `modulador/demodulador'. Se trata de un equipo, externo o interno (tarjeta módem), utilizado para la comunicación de computadoras a través de líneas analógicas de transmisión de voz y/o datos. El módem convierte las señales digitales del emisor en otras analógicas, susceptibles de ser enviadas por la línea de teléfono a la que deben estar conectados el emisor y el receptor. Cuando la señal llega a su destino, otro módem se encarga de reconstruir la señal digital primitiva, de cuyo proceso se encarga la computadora receptora

    Nodo: Es el elemento de red, ya sea de acceso o de conmutación, que permite recibir y reenrutar las comunicaciones.

    Portadora: señal analógica que puede utilizarse para la transmisión de información. La información se incorpora a la portadora mediante modulación de frecuencia (FM) o modulación de amplitud (AM)

    Punto de interconexión: Es el punto físico en donde se efectúa la conexión entre dos redes, para permitir su interfuncionamiento y la interoperabilidad de los servicios que estas soportan.

    Servicio portador: Es aquel que proporciona la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre dos o más puntos definidos de la red de telecomunicaciones. Comprende los servicios que se hacen a través de redes conmutadas de circuitos o de paquetes y los que se hacen a través de redes no conmutadas. Forman parte de estos, entre otros, los servicios de arrendamiento de pares aislados y de circuitos dedicados.

    Transmisor: Los componentes fundamentales de un transmisor de radio son: un generador de oscilaciones (oscilador), para convertir la corriente eléctrica común en oscilaciones de una determinada frecuencia de radio.

    9. INTERROGANTES

    • Que implementos se deben adquirir para el montaje del banco de comunicaciones digitales?.

    • A partir de que semestre podrían ingresar los estudiantes al laboratorio?

    • Con qué frecuencia se le debe realizar el mantenimiento preventivo a los implementos del laboratorio?

    • Se considera necesario que haya una programación previa al préstamo del laboratorio?.

    • Es viable dictar cursos de capacitación en comunicaciones digitales a personal externo de la institución

    • Es necesario que los estudiantes sean supervisados durante las practicas del laboratorio de telecomunicaciones?

    • Es necesario contratar un monitor para el control del laboratorio?

    • Se debe capacitar al personal docente?

    • Que requisitos se le deben exigir al personal que ingrese al laboratorio?

    • Cuál seria el número máximo de estudiantes que ingresarían al laboratorio?.

    MODULACIÓN DIGITAL

    FSK - PSK - QA

    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 desmodulación 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) = Vc cos [ (c + vm(t)  / 2 )t ]

    donde v(t) = forma de onda FSK binaria

    Vc = amplitud pico de la portadora no modulada

    c = frecuencia de la portadora en radianes

    vm(t) = señal modulante digital binaria

     = cambio en frecuencia de salida en radianes

    De la ecuación 1 puede verse que con el FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora de salida (c) cambia por una cantidad igual a ± /2. El cambio de frecuencia (/2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal de entrada binaria. Por ejemplo, un uno binario podría ser +1 volt y un cero binario -1 volt, produciendo cambios de frecuencia de +/2 y -/2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria vm(t). Por tanto, la frecuencia de la portadora de salida se desvía entre (c + /2) y (c - /2) a una velocidad igual a fm (la frecuencia de marca).

    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 1.

    FIGURA 1

    Consideraciones de ancho de banda del FSK

    La figura 2 muestra un modulador de FSK binario que a menudo son osciladores de voltaje controlado (VCO). El más rápido cambio de entrada ocurre, cuando la entrada binaria es una onda cuadrada. En consecuencia, si se considera sólo la frecuencia fundamental de entrada, la frecuencia modulante más alta es igual a la mitad de la razón de BIT de entrada.

    FIGURA 2

    La frecuencia de reposo del VCO se selecciona de tal forma que, cae a medio camino, entre las frecuencias de marca y espacio. Una condición de 1 lógico, en la entrada, cambia el VCO de su frecuencia de reposo a la frecuencia de marca; una condición de 0 lógico, en la entrada, cambia cl VCO de su frecuencia de reposo a la frecuencia de espacio. El índice de modulación en FSK es:

    MI = f / fa (2)

    donde MI = índice de modulación (sin unidades)

    f = desviación de frecuencia (Hz)

    fa = frecuencia modulante (Hz)

    El peor caso, o el ancho de banda más amplio, ocurre cuando tanto la desviación de frecuencia y la frecuencia modulante están en sus valores máximos. En un modulador de FSK binario, f es la desviación de frecuencia pico de la portadora y es igual a la diferencia entre la frecuencia de reposo y la frecuencia de marca o espacio. La desviación de frecuencia es constante y, siempre, en su valor máximo. fa es igual a la frecuencia fundamental de entrada binaria que bajo la condición del peor caso es igual a la mitad de la razón de BIT (fb). En consecuencia, para el FSK binario:

    donde ø fm - fs ø/ 2 = desviación de frecuencia

    fb = razón de BIT de entrada

    fb /2 = frecuencia fundamental de la señal de entrada binaria

    En un FSK binario el índice de modulación, por lo general, se mantiene bajo 1.0, produciendo así un espectro de salida de FM de banda relativamente angosta. Debido a que el FSK binario es una forma de modulación en frecuencia de banda angosta, el mínimo ancho de banda depende del índice de modulación. Para un índice de modulación entre 0.5 y 1, se generan dos o tres conjuntos de frecuencias laterales significativas. Por tanto, el mínimo ancho de banda es dos o tres veces la razón de BIT de entrada.

    Receptor de FSK

    El circuito que más se utiliza para demodular las señales de FSK binarias es el circuito de fase cerrada (PLL), que se muestra en forma de diagrama a bloques en la figura 3. Conforme cambia la entrada de PLL entre las frecuencias de marca y espacio, el voltaje de error de cc a la salida del comparador de fase sigue el desplazamiento de frecuencia. Debido a que sólo hay dos frecuencias de entrada (marea y espacio), también hay sólo dos voltajes de error de salida. Uno representa un 1 lógico y el otro un 0 lógico. En consecuencia, la salida es una representación de dos niveles (binaria) de la entrada de FSK. Por lo regular, la frecuencia natural del PLL se hace igual a la frecuencia central del modulador de FSK. Como resultado, los cambios en el voltaje de error cc, siguen a los cambios en la frecuencia de entrada analógica y son simétricos alrededor de 0 V.

    FIGURA 3

    Transmisión de desplazamiento mínimo del FSK

    La transmisión de desplazamiento mínimo del FSK (MSK), es una forma de transmitir desplazando la frecuencia de fase continua (CPFSK). En esencia, el MSK es un FSK binario, excepto que las frecuencias de marca y espacio están sincronizadas con la razón de BIT de entrada binario. Con MSK, las frecuencias de marca y espacio están seleccionadas, de tal forma que están separadas de la frecuencia central, por exactamente, un múltiplo impar de la mitad de la razón de BIT [fm y fs = n( fb / 2 ), con n = entero impar]. Esto asegura que haya una transición de fase fluida, en la señal de salida analógica, cuando cambia de una frecuencia de marca a una frecuencia de espacio, o viceversa.

    • 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.

    • TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE BINARIA (BPSK)

    Con la transmisión por desplazamiento de fase binaria (BPSK), son posibles dos fases de salida para una sola frecuencia de portadora. Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico. Conforme la señal digital de entrada cambia de estado, la fase de la portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están 180° fuera de fase. El BPSK es una forma de modulación de onda cuadrada de portadora suprimida de una señal de onda continua.

    Transmisor de BPSK

    La figura 4 muestra un diagrama a bloques simplificado de un modulador de BPSK. El modulador balanceado actúa como un conmutador para invertir la fase. Dependiendo de la condición lógica de la entrada digital, la portadora se transfiere a la salida, ya sea en fase o 180° fuera de fase, con el oscilador de la portadora de referencia.

    FIGURA 4

    La figura 5 muestra la tabla de verdad, diagrama fasorial, y diagrama de constelación para un modulador de BPSK. Un diagrama de constelación que, a veces, se denomina diagrama de espacio de estado de señal, es similar a un diagrama fasorial, excepto que el fasor completo no está dibujado. En un diagrama de constelación, sólo se muestran las posiciones relativas de los picos de los fasores.

    FIGURA 5

    Consideraciones del ancho de banda del BPSK

    Para BPSK, la razón de cambio de salida, es igual a la razón de cambio de entrada, y el ancho de banda de salida, más amplio, ocurre cuando los datos binarios de entrada son una secuencia alterativa l/0. La frecuencia fundamental (fa) de una secuencia alterativa de bits 1/0 es igual a la mitad de la razón de BIT (fb/2). Matemáticamente, la fase de salida de un modulador de BPSK es:

    (salida) = (frecuencia fundamental de la señal modulante binaria) x (portadora no modulada)

    = (sen at) x (sen ct)

    = ½cos(c - a) - ½cos(c + a)

    En consecuencia, el mínimo ancho de banda de Nyquist de doble lado (fN) es

    2fN = (c + a) - (c - a) = 2a

    y como fa = fb/2, se tiene

    fN = 2a / 2 = 2fa = fb

    La figura 6 muestra la fase de salida contra la relación de tiempo para una forma de onda BPSK. El espectro de salida de un modulador de BPSK es, sólo una señal de doble banda lateral con portadora suprimida, donde las frecuencias laterales superiores e inferiores están separadas de la frecuencia de la portadora por un valor igual a la mitad de la razón de BIT. En consecuencia, el mínimo ancho de banda (fN) requerido, para permitir el peor caso de la señal de salida del BPSK es igual a la razón de BIT de entrada.

    FIGURA 6

    Receptor de BPSK

    La figura 7 muestra el diagrama a bloques de un receptor de BPSK. La señal de entrada puede ser +senct ó senct. El circuito de recuperación de portadora coherente detecta y regenera una señal de portadora que es coherente, tanto en frecuencia como en fase, con la portadora del transmisor original. El modulador balanceado es un detector de producto; la salida es el producto de las dos entradas (la señal de BPSK y la portadora recuperada). El filtro pasa-bajas (LPF) separa los datos binarios recuperados de la señal demodulada compleja.

    FIGURA 7

    Codificación en M-ario

    M-ario es un término derivado de la palabra “binario”. La M es sólo un dígito que representa el número de condiciones posibles. Las dos técnicas para modulación digital que se han analizado hasta ahora (FSK binario y BPSK), son sistemas binarios; sólo hay dos condiciones posibles de salida. Una representa un 1 lógico y la otra un 0 lógico; por tanto, son sistemas M-ario donde M = 2. Con la modulación digital, con frecuencia es ventajoso codificar a un nivel más alto que el binario. Por ejemplo, un sistema de PSK, con cuatro posibles fases de salida, es un sistema M-ario en donde M = 4. Si hubiera ocho posibles fases de salida, M= 8, etcétera. Matemáticamente,

    N = Iog2 M

    en donde N = número de bits

    M = número de condiciones de salida posibles con N bits

    • TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE CUATERNARIA (QPSK)

    La transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) o, en cuadratura PSK, como a veces se le llama, es otra forma de modulación digital de modulación angular de amplitud constante. La QPSK es una técnica de codificación M-ario, en donde M=4 (de ahí el nombre de “cuaternaria”, que significa “4”). Con QPSK son posibles cuatro fases de salida, para una sola frecuencia de la portadora. Debido a que hay cuatro fases de salida diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes. Ya que la entrada digital a un modulador de QPSK es una señal binaria (base 2), para producir cuatro condiciones diferentes de entrada, se necesita más de un solo BIT de entrada. Con 2 bits, hay cuatro posibles condiciones: 00, 01, 10 y 11. En consecuencia, con QPSK, los datos de entrada binarios se combinan en grupos de 2 bits llamados dibits. Cada código dibit genera una de las cuatro fases de entrada posibles. Por tanto, para cada dibit de 2 bits introducidos al modulador, ocurre un solo cambio de salida. Así que, la razón de cambio en la salida es la mitad de la razón de BIT de entrada.

    Transmisor de QPSK

    En la figura 8 se muestra un diagrama a bloques de un modulador de QPSK. Dos bits (un dibit) se introducen al derivador de bits. Después que ambos bits han sido introducidos, en forma serial, salen simultáneamente en forma paralela. Un BIT se dirige al canal I y el otro al canal Q. El BIT I modula una portadora que está en fase con el oscilador de referencia (de ahí el nombre de “I” para el canal “en fase”), y el BIT Q modula una portadora que está 90° fuera de fase o en cuadratura con la portadora de referencia (de ahí el nombre de “Q” para el canal de “cuadratura”).

    FIGURA 8

    Puede verse que una vez que un dibit ha sido derivado en los canales I y Q, la operación es igual que en el modulador de BPSK. En esencia, un modulador de QPSK son dos moduladores, de BPSK, combinados en paralelo.

    En la figura 9 puede verse que, con QPSK, cada una de las cuatro posibles fases de salida tiene, exactamente, la misma amplitud. En consecuencia, la información binaria tiene que ser codificada por completo en la fase de la señal de salida.

    FIGURA 9

    Consideraciones de ancho de banda para el QPSK

    Con QPSK, ya que los datos de entrada se dividen en dos canales, la tasa de bits en el canal I, o en el canal Q, es igual a la mitad de la tasa de datos de entrada (fb/2). En consecuencia, la frecuencia fundamental, más alta, presente en la entrada de datos al modulador balanceado, I o Q, es igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada (la mitad de fb/2: fb/4). Como resultado, la salida de los moduladores balanceados, I y Q, requiere de un mínimo ancho de banda de Nyquist de doble lado, igual a la mitad de la tasa de bits que están entrando.

    fN = 2(fb/4) = fb/2

    Por tanto con QPSK, se realiza una compresión de ancho de banda (el ancho de banda mínimo es menor a la tasa de bits que están entrando).

    Receptor de QPSK

    El diagrama a bloques de un receptor QPSK se muestra en la figura 10. El derivador de potencia dirige la señal QPSK de entrada a los detectores de producto, I y Q, y al circuito de recuperación de la portadora. El circuito de recuperación de la portadora reproduce la señal original del modulador de la portadora de transmisión. La portadora recuperada tiene que ser coherente, en frecuencia y fase, con la portadora de referencia transmisora. La señal QPSK se demodula en los detectores de producto, I y Q, que generan los bits de datos, I y Q, originales. Las salidas de los detectores de productos alimentan al circuito para combinar bits, donde se convierten de canales de datos, I y Q, paralelos a un solo flujo de datos de salida binarios.

    FIGURA 10

    • PSK DE OCHO FASES (8-PSK)

    Un PSK de ocho fases (8-PSK), es una técnica para codificar M-ario en donde M= 8. Con un modulador de 8-PSK, hay ocho posibles fases de salida. Para codificar ocho fases diferentes, los bits que están entrando se consideran en grupos de 3 bits, llamados tribits (23 = 8).

    Transmisor PSK de ocho fases

    Un diagrama a bloques de un modulador de 8-PSK se muestra en la figura 11. El flujo de bits seriales que están entrando se introduce al desplazador de bits, en donde se convierte a una salida paralela de tres canales (el canal I, o en fase; el canal Q, o en cuadratura y el canal C, o de control). En consecuencia, la tasa de bits, en cada uno de los tres canales, es fb/3. Los bits en los canales I y C' (C negado), entran al convertidor de los niveles 2 a 4 del canal I, y los bits en los canales Q y C' entran el convertidor de los niveles 2 a 4, del canal Q. En esencia, los convertidores de los niveles 2 a 4 son convertidores digital a análogo (DAC) de entrada paralela. Con 2 bits de entrada, son posibles cuatro voltajes de salida. El algoritmo para los DAC es bastante sencillo. El BIT I o Q determina la polaridad de la señal analógica de salida (1 lógico = +V y 0 lógico = -V), mientras que la C o el BIT C' determina la magnitud (1 lógico = 1.307V y 0 lógico = 0.541V). En consecuencia, con dos magnitudes y dos polaridades, son posibles cuatro condiciones de salida diferentes.

    FIGURA 11

    En la figura 12 puede verse que la separación angular, entre cualquiera de dos fasores adyacentes, es de 45°, la mitad de lo que es con QPSK. Por tanto, una señal 8-PSK puede experimentar un cambio de fase de casi ±22.5°, durante la transmisión, y todavía tener su integridad. Además, cada fasor es de igual magnitud; la condición tribit (información actual) se contiene, de nuevo, sólo en la fase de la señal.

    FIGURA 12

    Consideraciones del ancho de banda para el 8-PSK

    Con el 8-PSK ya que los datos se dividen en tres canales, la tasa de bits en el canal I, Q, o C, es igual a un tercio de la tasa de datos de entrada binarios (fb/3), (El derivador de bits estira los bits I, Q y C a tres veces su longitud de BIT de entrada). Debido a que los bits I, Q y C tienen una salida simultánea y en paralelo, los convertidores de nivela de 2 a 4, también ven un cambio en sus entradas (y en consecuencia sus salidas) a una tasa igual a fb/3.

    Receptor 8-PSK

    La figura 13 muestra un diagrama a bloques de un receptor de 8-PSK. El derivador de potencia dirige la señal de 8-PSK de entrada, a los detectores de producto I y Q, y al circuito de recuperación de la portadora. El circuito de recuperación de la portadora reproduce la señal original del oscilador de referencia. La señal de 8-PSK que está entrando se mezcla con la portadora recuperada, en el detector de productos I y con una portadora de cuadratura en el detector de producto Q. Las salidas de los detectores de producto son señales PAM, de nivel 4, que alimentan a los convertidores análogos a digital (ADC), del nivel 4 a 2. Las salidas del convertidor de nivel 4 a 2, canal I, son los bits I y C, mientras que las salidas del convertidor de nivel 4 a 2, canal Q, son los bits Q y C'. El circuito lógico de paralelo a serial conviene los pares de BIT, I/C y Q/C', a flujos de datos de salida serial I, Q y C.

    FIGURA 13

    • PSK DE DIECISÉIS FASES (16-PSK)

    El PSK de dieciséis fases (16-PSK) es una técnica de codificación M-ario, en donde M = 16; hay 16 diferentes fases de salida posibles. Un modulador de 16-PSK actúa en los datos que están entrando en grupos de 4 bits (24 = 16), llamados quadbits (bits en cuadratura). La fase de salida no cambia, hasta que 4 bits han sido introducidos al modulador. Por tanto, la razón de cambio de salida y el mínimo ancho de banda son iguales a un cuarto de la tasa de bits que están entrando (fb/4). La tabla de verdad y el diagrama de constelación para un transmisor de 16-PSK se muestran en la figura 14.

    FIGURA 14

    • MODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA (QAM)

    La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulación digital en donde la información digital está contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.

    QAM DE OCHO (8-QAM)

    El QAM de ocho (8-QAM), es una técnica de codificación M-ario, en donde M = 8. A diferencia del 8-PSK, la señal de salida de un modulador de 8-QAM no es una señal de amplitud constante.

    Transmisor de QAM de ocho

    La figura 15 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de 8-QAM. Como pueda verse, la única diferencia, entre el transmisor de 8-QAM y el transmisor de 8-PSK es la omisión del inversor entre el canal C y el modulador da producto Q.

    FIGURA 15

    Consideraciones del ancho de banda para el QAM de ocho

    En el 8-QAM, la tasa de bits, en los canales I y Q, es un tercio de la tasa binaria de entrada, al igual que con el 8-PSK. Como resultado, la frecuencia de modulación fundamental más alta y la razón de cambio de salida más rápida en 8-QAM, son iguales que para el 8-PSK. Por tanto, el mínimo ancho de banda requerido para 8-QAM es fb/3, al igual que en el 8-PSK.

    Receptor de QAM de ocho

    Un receptor de 8-QAM es casi idéntico al receptor de 8-PSK. Las diferencias son los niveles PAM, en la salida de los detectores de producto, y las señales binarias a la salida de los convertidores análogo a digital. Debido a que hay dos amplitudes de transmisión posibles, con 8-QAM, que son diferentes de aquellas factibles con el 8-PSK, los cuatro niveles PAM demodulados son diferentes de aquellos en 8-PSK. En consecuencia, el factor de conversión para los convertidores analógico a digital, también tienen que ser diferentes. Además, con el 8-QAM las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal I, son los bits I y C, y las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal Q, son los bits Q y C.

    QAM DE DIECISÉIS (16-QAM)

    Así como en 16-PSK, el 16-QAM es un sistema M-ario, en donde M= 16. Actúa sobre los datos de entrada en grupos de cuatro (24 = l6). Como con el 8-QAM, tanto la fase y la amplitud de la portadora transmisora son variados.

    Transmisor QAM de dieciséis

    El diagrama a bloques para un transmisor de 16-QAM se muestra en la figura 16. Los datos de entrada binaria se dividen en cuatro canales: El I, I', Q y Q'. La tasa de bits de rada canal es igual a un cuarto de la tasa de bits de entrada (fb/4).

    FIGURA 16

    Consideraciones del ancho de banda para el QAM de dieciséis

    Con el l6-QAM, ya que los datos de entrada se dividen en cuatro canales, la tasa de bits en el canal I, I', Q o Q' es igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada binarios (fb/4). (El derivador de bits estira los bits I, I', Q y Q', a cuatro veces su longitud de bits de entrada). Además, debido a que estos bits tienen salidas de manera simultánea y en paralelo, los convertidores de nivel 2 a 4 ven un cambio en sus entradas y salidas a una fase igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada.

    RESUMEN DE FSK, PSK Y QAM

    Las distintas formas de FSK, PSK y QAM se resumen en la tabla 1

    TABLA 1: RESUMEN DE LA MODULACIÓN DIGITAL

    Modulación

    Codificación

    BW (Hz)

    Baudio

    Eficiencia BW (bps/Hz)

    FSK

    Bit

    fb

    fb

    1

    BPSK

    Bit

    fb

    fb

    1

    QPSK

    Dibit

    fb / 2

    fb / 2

    2

    8-QPSK

    Tribit

    fb / 3

    fb / 3

    3

    8-QAM

    Tribit

    fb / 3

    fb / 3

    3

    16-QPSK

    Quadbit

    fb / 4

    fb / 4

    4

    16-QAM

    Quadbit

    fb / 4

    fb / 4

    4

    RECUPERACIÓN DE LA PORTADORA

    La recuperación de la portadora es el proceso de extraer una portadora de referencia coherente, en fase, de una señal recibida. A esto se le llama, a veces, referencia de fase. En las técnicas de modulación en fase los datos binarios fueron codificados como fase precisa de la portadora transmitida. Dependiendo del método de codificación, la separación angular entre los fasores adyacentes varió entre 30º y 180°. Para demodular correctamente los datos, se recuperó y comparó una portadora de fase coherente, con la portadora recibida, en un detector de producto. Para determinar la fase absoluta de la portadora recibida, es necesario producir una portadora en el receptor que sea coherente, en fase, con el oscilador de referencia transmitida. Esta es la función del circuito de recuperación de la portadora.

    Circuito cuadrado

    Uno de los métodos que se utiliza para lograr la recuperación de la portadora BPSK, quizá el más común, es el circuito cuadrado. La figura 17 muestra el diagrama a bloques para un circuito cuadrado. La forma de onda de BPSK recibida, se filtra y luego se eleva al cuadrado. La filtración reduce el ancho del espectro del ruido recibido. El circuito cuadrado quita la modulación y genera la segunda armónica de la frecuencia de la portadora. Esta armónica se rastrea con la fase por el PLL. La frecuencia de salida del VCO del PLL se divide luego entre 2 y se utiliza como la referencia de fase para los detectores de producto.

    FIGURA 17

    • TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE DIFERENCIAL (DPSK)

    La transmisión por desplazamiento de fase diferencial (DPSK), es una forma alterna de modulación digital en donde la información de entrada binaria está contenida en la diferencia, entre dos elementos sucesivos de señalización, en lugar de la fase absoluta. Con DPSK no es necesario recuperar una portadora coherente en fase. En lugar de eso, se retarda un elemento de señalización por una ranura de tiempo y luego se compara al siguiente elemento recibido de señalización. La diferencia, en fase, de los dos elementos de señalización determina la condición lógica de los datos.

    BPSK DIFERENCIAL (DBPSK)

    Transmisor de DBPSK

    La figura 18 se muestra un diagrama de bloques simplificado para un transmisor de transmisión por desplazamiento de fase binaria diferencial (DBPSK). Un BIT de información entrante usará la XNOR con el BIT anterior, antes de entrar al modulador de BPSK (modulador balanceado). Para el primer BIT de datos, no hay un BIT anterior con el cual comparar. Por tanto, se asume un BIT de referencia inicial.

    FIGURA 18

    Receptor de DBPSK

    La figura 19 muestra un diagrama de bloques para un receptor de DBPSK. La señal recibida se retarda por un tiempo de BIT, luego se compara con el siguiente elemento de señalización en el modulador balanceado. Si son iguales, se genera un 1 lógico (voltaje +). Si son diferentes, se genera un 0 lógico (voltaje -1). Si se supone incorrectamente la fase de referencia, sólo el primer BIT demodulado está en error. La codificación diferencial se puede implantar con esquemas de modulación digital más alta que el binario, aunque los algoritmos diferenciales son mucho más complicados que para el DBPSK.

    FIGURA 19

    La ventaja principal del DPSK es la simplicidad con la que se puede implantar. Con DPSK, no se necesita circuito de recuperación de la portadora. Una desventaja del DPSK es que requiere de entre 1 y 3 dB más de relación señal a ruido para alcanzar la misma tasa de errores de bits que el PSK absoluto.

    RECUPERACIÓN DEL RELOJ

    Como con cualquier sistema digital, el radio digital requiere de un tiempo preciso o de sincronización de reloj, entre los circuitos de transmisión y recepción. Debido a esto, es necesario regenerar los relojes en el receptor que están sincronizados con los del transmisor.

    La figura 20 a muestra un circuito sencillo que se utiliza casi siempre para recuperar información del reloj de los datos recibidos. Los datos recuperados se retardan por la mitad de tiempo de BIT y luego se comparan con los datos originales en un circuito XOR. La frecuencia del reloj que se recupera con este método es igual a la tasa de datos recibidos (fb).

    FIGURA 20

    PROBABILIDAD DE ERROR Y TASA DE ERROR DE BIT

    La probabilidad de error P(e) y la tasa de error de BIT (BER), a menudo se utilizan en forma intercambiable, aunque en la práctica si tienen significados un poco distintos. P(e) es una expectativa teórica (matemática) de la tasa de error de BIT para un sistema determinado. BER es un registro empírico (histórico) del verdadero rendimiento de error de BIT en un sistema.

    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 = ± /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 = 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. La expresión general para la probabilidad de error del BIT de un sistema PSK de fase-M es:

    (11)

    en donde erf(z) = función de error

    (12)

    con

    en donde Eb/N0 = relación de densidad de potencia de energía por BIT a ruido

    C/N = relación de potencia de portadora a ruido

    B/fb = relación del ancho de banda de ruido a la tasa de bits

    Sustituyendo la ecuación 11 puede mostrarse que QPSK proporciona el mismo rendimiento de error que el BPSK. Esto se debe a que la reducción en 3dB, en distancia de error para QPSK, se desplaza por la reducción en 3dB en su ancho de banda. Por tanto, ambos sistemas proporcionan un rendimiento óptimo.

    Rendimiento de error del QAM

    Para un gran número de puntos de señal (por ejemplo, sistemas M-ario mayores a 4), el QAM funcionará mejor que el PSK. Esto se debe a que la distancia, entre dos puntos de señalización en un sistema de PSK, es más pequeña que la distancia entre puntos en un sistema QAM comparable. La expresión general para la distancia entre puntos de señalización adyacentes para un sistema QAM con nivel L en cada eje es

    (13)

    en donde d = distancia de error

    L = número de niveles en cada eje

    D = amplitud pico de la señal

    Al comparar la ecuación 10 con la ecuación 13, puede verse que los sistemas QAM tienen una ventaja sobre los sistemas PSK, con el mismo nivel de potencia de la señal pico.

    La expresión general para la probabilidad de error de BIT de un sistema QAM de nivel L es

    (14)

    en donde erfc(z) = función de error complementaria

    (15)

    La figura 21 muestra el rendimiento de error para los sistemas QAM de 4, 16, 32 y 64 como función de Eb/N0. La tabla 2 indica las mismas relaciones de potencia de la portadora a ruido y las relaciones de la densidad de potencia de energía por BIT a ruido, para una probabilidad de error de 10-6 para varios esquemas de modulación PSK y QAM.

    FIGURA 21

    TABLA 2: COMPARACIÓN DEL RENDIMIENTO

    DE VARIOS ESQUEMAS PARA MODULACIÓN DIGITAL

    (BER = 10-6)

    Modulación

    Relación C/N (dB)

    Relación Eb/N0 (dB)

    BPSK

    10.6

    10.6

    QPSK

    13.6

    10.6

    4-QAM

    13.6

    10.6

    8-QAM

    17.6

    10.6

    8-PSK

    18.5

    14

    16-PSK

    24.3

    18.3

    16-QAM

    20.5

    14.5

    32-QAM

    24.4

    17.4

    64-QAM

    26.6

    18.8

    Rendimiento de error del FSK

    La probabilidad de error para los sistemas FSK se evalúa en forma un tanto diferente a los PSK y QAM. Hay en esencia sólo dos tipos de sistemas FSK: no coherente (asíncronos) y coherentes (síncronos). Con FSK no coherente, el transmisor y el receptor no están sincronizados en frecuencia o fase. Con FSK coherente, las señales de referencia del receptor local están cerradas, en frecuencia y en fase, con las señales transmitidas. La probabilidad de error para FSK no coherente es:

    (16)

    La probabilidad de error para FSK coherente es

    (17)

    FIGURA 22

    La figura 22 muestra las curvas de probabilidad de error, para FSK coherente y no coherente para varios valores de Eb/N0. De las ecuaciones 16 y 17 puede determinarse que la probabilidad de error para FSK no coherente es mayor que la del FSK coherente para iguales relaciones de la densidad de potencia de energía por BIT a ruido.

    11. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

    • INVESTIGATIVA

    FORMATO ENCUESTA

    Tecnológica Autónoma del Pacífico

    Encuesta para Electrónica y Telecomunicaciones.

    Nombre: _________________________

    Carrera: _________________________ Semestre: ____

    Marca con una X su respuesta adecuada de acuerdo a sus conocimientos en Electrónica y Comunicaciones.

  • Considera usted importantes los Sistemas de Comunicaciones?

      • Si

      • No

  • Conoce usted un Sistema de Comunicaciones Digitales?

      • Si

      • No

  • Sabe como se establece una comunicación por Medios Guiados o Lógicos?

      • Si

      • No

  • Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?

      • Prácticas

      • Teóricas

      • Ambos términos

  • Cómo le gustaría realizar sus Prácticas en clase para los Sistemas de Comunicación Digital?

      • Supervisión del Docente

      • Manual del Usuario

      • Ambos términos

      • Le gustaría conocer el Principio de Funcionamiento de una comunicación Digital observando y midiendo las características que se presentan?

          • Si

          • No

      • Conoce usted elementos para medir y visualizar los diferentes tipos de señales de comunicación?

          • Si

          • No

        Cuales: ____________________________________________________________________________________________________________

      • Considera importante que la Tecnológica Autónoma del Pacífico posea elementos con los que se pueda realizar practicas de Comunicaciones Digitales?

          • Si

          • No

          • No sabe, no responde

      • En cual sede de la Tecnológica Autónoma del Pacífico le gustaría realizar sus practicas de comunicaciones?

          • Sede Principal

          • Sede Antigua

          • Sede Alterna

        • INVESTIGATIVA DESCRIPTIVA

        TABULACIONES DE LA ENCUESTA

      • Considera usted importante los Sistemas de Comunicaciones

          • Si

          • No

        El 100% (cien por ciento) de los estudiantes opina que es importante las comunicaciones ya que son la base de la tecnología.

      • Conoce usted un Sistema de Comunicaciones Digitales?

          • Si

          • No

        Los Sistemas de Comunicaciones Digitales son demasiado importantes en el manejo técnico del Alumno para que pueda tener un Contacto llevando a cabo diversas pruebas durante su Horario de Clase.

        Por tal motivo se aprecia que el 67% de los estudiantes de la TAP conoce un sistema de comunicación digital.

      • Sabe como se establece una comunicación por Medios Guiados o Lógicos?

          • Si

          • No


        Para llevar a cabo una Verdadera Practica, debe saber como es que se puede transmitir la Información por lo que existen diferentes MEDIOS GUIADOS para realizar un Enlace Físico entre un TRANSMISOR y un RECEPTOR; por otra parte también se transmiten MEDIOS LÓGICOS, los cuales pertenecen a un Procesamiento de Datos los cuales utilizan de otros componentes con Diferentes Características. Detectamos entonces que solo un 50% de los estudiantes conocen estos tipos de medios.

      • Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?

          • Prácticas

          • Teóricas

          • Ambos términos

        Las clases teórico-practicas son al parecer el mejor medio de que el docente llegue al alumno; aunque existe una fuerte tendencia a que las clases sean practicas.

      • Cómo le gustaría que fueran sus clases de Redes y Telecomunicaciones?

          • Prácticas

          • Teóricas

          • Ambos términos

        Los Alumnos de la TAP desean llevar a cabo Practicas, siempre y cuando, estén asesorados por un Docente el cual despeja las dudas teóricas. Esta característica se observa con un 73% de los encuestados

      • Le gustaría conocer el Principio de Funcionamiento de una comunicación Digital observando y midiendo las características que se presentan?

      • Si

      • No

      • Tanto los alumnos como los Docentes realizan Investigaciones para comprender el PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO de una Comunicación digital llegando a comprender las formas de transmisión.

      • Conoce usted elementos para medir y visualizar los diferentes tipos de señales de comunicación?

      • Si

      • No

      • Los Alumnos encuestados poco conocen sobre la Medición de Señales de Transmisión por lo que los Docentes explican los Pasos a Seguir para manejar elementos como OSCILOSCOPIO y FRECUENCIMETRO

      • Considera importante que la Tecnológica Autónoma del Pacífico posea elementos con los que se pueda realizar practicas de Comunicaciones Digitales?

      • Si

      • No

      • No sabe, no responde

      • Es importante que la TAP cuente con instrumentos en los cuales se puedan apreciar las comunicaciones digitales en los cuales se puedan dictar y afianzar los conocimientos.

      • En cual sede de la Tecnológica Autónoma del Pacifico le gustaría realizar sus practicas de comunicaciones ¿

      • Sede Principal

      • Sede Antigua

      • Sede Alterna

      • El 64 % del personal encuestado prefiere que las practicas que se lleven a cabo sobre el banco sean realizadas la sede principal, otro 33% opina que la sede antigua es la apropiada y entre tanto una minoría del 3% opina que la sede alterna seria la adecuada para realizar las practicas.

        12. MONTO DE LA INVERSIÓN

        REQUERIMIENTOS:

        • Mueble en madera con base metálica

        • Butacos en madera

        • Transmisor de AM.

        • Transmisor de FM.

        • Receptor de AM.

        • Receptor de AM:

        • Generador de señal

        • Frecuencimetro

        • Instrumentos de medición

        • Cableado para conexiones

        DESCRIPCION

        CANTIDAD

        VR. UNI.

        VR. PARCIAL

        Mueble madera

        1

        $ 350.000

        $ 350.000

        Butaco en madera

        4

        $ 25.000

        $ 100.000

        VR. TOTAL 1

        $ 450.000

        INSTRUMENTOS:

        DESCRIPCIÓN

        CANTIDAD

        VR. UNIDAD

        VR. PARCIAL

        Transmisor AM.

        1

        $ 300.000

        $ 300.000

        Transmisor FM.

        1

        $ 400.000

        $ 400.000

        Receptor AM.

        1

        $ 150.000

        $ 150.000

        Receptor FM.

        1

        $ 170.000

        $ 170.000

        Generador de señales

        1

        $1.350.000

        $ 1.350.000

        Frecuencimetro

        1

        $1.750.000

        $1.750.000

        Instrumentos de medición

        1

        $ 250.000

        $ 250.000

        Cableado para conexiones

        1 juego

        $ 60.000

        $ 60.000

        VR. Total 2

        $ 4.430.000

        Sumatoria total de la inversión es de $ 4.880.000

        Los aportes para la construcción del banco de comunicaciones digitales se obtendrán: el 70 % mediante los aportes equitativos de los integrantes del grupo y el 30% restante será aporte de la Tecnológica Autónoma del Pacifico

        13. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ELABORACIÓN

      • Elaboración del circuito impreso para los transmisores de AM:

      • Ensamble de los componentes en los circuitos de los transmisores

      • Calibración y puesta a punto de los transmisores

      • Prueba de transmisores

      • Ensamble y acoplamiento de los instrumentos de medición, transmisores, generador de señal y receptores.

      • Prueba final de acoplamiento entre componentes del banco de comunicaciones.

      • 14. UBICACIÓN

        El Banco de Comunicaciones estará instalado en el Laboratorio de Electrónica y Telecomunicaciones, en la Sede Principal para el año 2005.

        15. DESARROLLO DEL PROCESO DE ADMINISTRACIÓN

        PLANEACIÓN

        Los estudiantes de Séptimo Semestre en Ingeniería Electrónica tienen una base fundamental como las Telecomunicaciones, es por eso que realizarán una breve investigación de la Serie de Componentes los cuales pueden llegar a conformar un Sistema de Comunicaciones Digitales tomando una detallada información por medio de los docentes o personas que nos sepan recomendar acerca del funcionamiento de cada uno de los elementos relacionados con el Proyecto. Cuando se halla obtenido dicha información, es necesario llevar las ideas de los circuitos a un Plano Practico Real logrando realizar unas pruebas especificas para el desarrollo del proyecto; si se verifica que el circuito esta funcionando, el Grupo de Trabajo debe realizar el Análisis completo de las Señales que se pueden obtener del banco por medio de los Instrumentos de Medición

        ORGANIZACIÓN

        • Área de Trabajo. Los Alumnos que están interesados en realizar un Sistema de Comunicaciones Digitales deban contar con un Área Amplia de Trabajo la cual debe contar con ciertas características como el Cableado Eléctrico exigido en toda área comercial (estandarizado), ya que se va a conectar el Banco para su funcionamiento y, además, va a servir para integrarlos a los campos de Luminosidad y Ventilación que son propias de un Laboratorio; debemos tener también en cuenta la Señalización, Seguridad y Limpieza para otorgar una mejor Presentación del Área a los alumnos que realizan practicas en este banco y a los alumnos de diferentes facultades interesados en conocer la Instalación y Operación del Banco.

        • Perfil del Personal

          • Fabricante. La(s) persona(s) encargada de realizar las labores correspondientes en la construcción de un o unos equipos didácticos de Redes y Telecomunicación, con los cuales se desean realizar practicas en un Sistema de Comunicaciones Digitales, primordialmente, debe conocer un Sistema Básico de Comunicaciones; además de conocer dicho sistema, también debe haber cursado un Nivel Técnico en Ingeniería Electrónica siendo así un personal calificado para desempeñar dichas labores como: Diseño, Corrección, Mantenimiento y Ensamblaje de Equipos Electrónicos de Telecomunicaciones.

          • Usuario. La(s) persona(s) encargada de operar un Sistema de Comunicaciones Digitales debe tener claros conocimientos de los Conceptos de Redes y Telemática logrando describir cada uno de los elementos que se distribuyen en el Banco de Trabajo conociendo además el Funcionamiento de los componentes por medio de las Instrucciones de un Docente Académico, el cual debe saber interpretar el Manual establecido para los Usuarios.

        DIRECCIÓN

        La Tecnológica Autónoma del Pacifico debe contar con un personal calificado para realizar las diferentes pruebas probadas teóricamente en el Sistema de Comunicaciones Digitales como son:

        • Docentes: Encargados de realizar las practicas en un correspondiente Horario de Clase abarcando las Materias de Redes y Telemática, por lo que llevará las ideas planteadas por los alumnos a un contacto con la realidad.

        • Alumnos: Con el animo de aprender y aclarar la duda acerca de la Transmisión de Datos, ellos deben plantear infinidad de ideas para poder observar el Proceso de Emisión y Recepción de Datos bajo la Supervisión del Docente.

        16. DIAGRAMA DE FLUJO # 1

        Prestación de Servicios a los Alumnos

        Diagrama

        #

        Opción

        Descripción

        1

        Inicio

        Ingreso de Alumnos

        2

        Proceso

        Atención del Monitor

        3

        Proceso

        Ubicación de el(los) Grupo(s) de Trabajo

        4

        Proceso

        Retirada del Alumno

        5

        Proceso

        Inicio de Prácticas

        6

        Proceso

        Realizar Pedido de Elementos

        7

        Proceso

        Practicar con Grupos, que tengan Elementos a la Mano

        8

        Proceso

        Entrega de Carnet a Monitor

        9

        Proceso

        Anexar Préstamo a Formato

        10

        Proceso

        Préstamo de Elementos a Alumno o Usuario

        11

        Proceso Final

        Montaje del Circuito

        12

        Fin

        Activar Sistema de Comunicación Digital

        A

        Pregunta

        Se tiene Batola de Practica para el Laboratorio?

        B

        Pregunta

        Se necesitan Elementos?

        C

        Pregunta

        Tiene estos Elementos?

        17. DIAGRAMA DE FLUJO #2

        Prácticas en el Sistema de Comunicación Digital

        Diagrama

        #

        Opción

        Descripción

        12

        Inicio

        Activar Sistema de Comunicación Digital

        13

        Proceso

        Mantenimiento

        14

        Proceso Final

        Cancelar Prácticas

        15

        Proceso

        Realizar Prácticas por medio de las Guías o Talleres

        16

        Proceso

        Consulta al Señor Docente

        17

        Proceso

        Adaptar Circuito al Sistema de Comunicación Digital

        18

        Proceso

        Realizar el Montaje de nuevo

        19

        Proceso

        Comprobar la Teoría

        20

        Proceso

        Desactivar el Sistema de Comunicación Digital

        21

        Proceso

        Fin de Prácticas

        22

        Proceso Final

        Despedida

        23

        Fin

        Guardar los Elementos

        D

        Pregunta

        El Sistema de Comunicación Digital Funciona?

        E

        Pregunta

        Se puede solucionar la Falla?

        F

        Pregunta

        El Montaje presenta Fallas?

        G

        Pregunta

        Se solucionó Problema en el Circuito?

        18. EVALUACIÓN DEL PROYECTO.

        RELACIÓN BENEFICIO-COSTO

        • Beneficios

          • La Clasificación de los conceptos a los estudiantes ya que se tiene la posibilidad de ver y manipular los elementos de los cuales se ha redactado con anterioridad, refiriéndonos a la Parte Teórica.

          • Permite que la concepción sea rápida y la explicación sea concisa, teniendo como base de Pruebas el Banco de telecomunicaciones Digital.

          • Permite disponer de diversos dispositivos simultáneamente, haciendo más fácil el manejo más fácil para Practicarlo.

          • Complementa las clases Teóricas permitiendo establecer criterios en le Montaje de determinados y específicos circuitos, los cuales después de ser analizados y detallados en cada una de sus variables estudiadas se calcula un Margen de error(Porcentaje) Practico-teórico, y se delimita por aparte los Parámetros para la Emisión y recepción; además, la Calidad y eficiencia de Transmisión.

        • Costos

        La inversión es de $ 4.880.000

        Los aportes para la construcción del banco de comunicaciones digitales se obtendrán: el 70 % mediante los aportes equitativos de los integrantes del grupo y el 30% restante será aporte de la Tecnológica Autónoma del Pacifico

        El Listado de Implementos es el siguiente:

        • Mueble en madera con base metálica

        • Butacos en madera

        • Transmisor de AM.

        • Transmisor de FM.

        • Receptor de AM.

        • Receptor de AM.

        • Generador de señal

        • Frecuencimetro

        • Instrumentos de medición

        • Cableado para conexiones

        La Relación Beneficio-Costo satisface y cumple con las expectativas planteadas con el Origen de la Idea base de la necesidad de unos elementos con los cuales se permitan realizar pruebas para presentarle a los Estudiantes de la Tecnológica un Modelo Base para llevar a cabo una Comunicación perfilando a la Institución con un Ente de Calidad Educativa Superior.

        INDICADORES

        # Estudiantes que son atendidos -> -> 41

        # Total de Estudiantes para Ing. Electrónica -> 77

        La Formula planteada anteriormente nos da un Total del 53.2% de los estudiantes que comienzan formarse en Clases de REDES Y TELEMÁTICA, aplicándose las clases a los Alumnos desde III Semestre hasta VII Semestre.

        Ya que este margen es demasiado reducido, nos hemos limitado a redactar unas Soluciones previas para la Institución:

        • Establecer la Motivación al estudiante en el Aprendizaje y otorgándole una serie de Practicas según el tema que se esté planteando en el momento que sea necesaria la utilización del Banco de telecomunicaciones Digitales.

        • Realizar una segmentación para los grupos de Trabajo, ya que algunos tienden a ser bastante Numerosos, permitiendo así que las Practicas se realicen por lo menos en Grupos de 4 Personas en un Limite de tiempo establecido, para así asegurarnos que el estudiantado sea participe Activo de las Practicas que se llevan a cabo.

        • Fomentar en clase las Modalidades de comunicación y plantear problemáticas que se puedan presentar en dicha Comunicación, crear expectativas y demostrarlas en las Practicas por medio de esta ayuda, solicitando siempre una accesoria técnica ya sea del docente o del encargado de Manipular los Circuitos.

        PRUEBAS

        Tipo de Prueba

        Petición

        Resultado

        Modulación

        Modular

        Visualizar señal PPM

        Emisión

        Enviar señales a una Antena

        Medir la Frecuencia

        Recepción

        Observar las frecuencias

        • Medir la frecuencia

        • Adaptar Sistema a Circuito

        Adaptar circuitos

        Crear sistema de Protección

        Realizar Practicas

        Configuración de Transmisión

        Establecer una distancia ente el Emisor y el Receptor

        Medir Frecuencia para realizar Procedimientos Matemáticos

        Pulsos

        Obtener un generador de señal

        Observar señales en el Osciloscopio

        19. RECOMENDACIONES

        • En un futuro se debe suministrar al banco elementos y equipos que vayan de la mano con la tecnología, ya que esta avanza cada día.

        • Dotar al Sistema de Comunicaciones Digitales de elementos vistos en el Ámbito Tecnológico, dotándolo de los mejores implementos de la Actualidad

        • Tener en cuenta que se debe pensar en elementos que pueden llegar a conformar el Sistema de Comunicaciones Digitales, por lo que corresponde ampliar posiblemente el Tablero para las Practicas

        • Realizar un Chequeo “Check List” al encender el Sistema de Comunicación Digital, verificando los Valores Iniciales de los Diferentes Parámetros de cada Instrumento

        • Proveer al Sistema de Comunicaciones de un Sistema de Protección contra Cortocircuitos (Estabilizador) y balancear las Cargas en la Toma de Alimentación asegurando el Aterrizaje de los Componentes (Polo a Tierra)

        • No acoplar señales con instrumentos externos al Sistema de Comunicación Digital

        • Realizar un Mantenimiento Preventivo cada 2 meses

        • Pedir la Accesoria del Docente antes de llevarse a cabo una Practica en el Sistema de Comunicaciones

        • Cuando no se realicen Practicas, Mantener el Sistema de Comunicación Digital libre de Polvo

        20. CONCLUSIONES

        • El Proyecto es acogido por la Comunidad Estudiantil, ya que por ser un elemento didáctico facilita las practicas que se pueden llevar a cabo en él.

        • Con este Proyecto se cumple realmente con las Expectativas Planteadas en un comienzo, el cual es dotar a la Institución de un Sistema que permita visualizar, manipular elementos utilizados comúnmente para la Transmisión y recepción de una determinada señal por Medios Guiados y No Guiados.

        • Se puede destacar que los Alumnos desde III Semestre, de la Facultad de Ingeniería Electrónica, son capaces de interpretar el Funcionamiento de un Sistema de Comunicación; por lo cual se está preparando mejores Clases en el Transcurso de los Semestres

        • Con el Sistema de Comunicación Digital, se ha creado una Herramienta de Trabajo para facilitar la Pedagogía a los Docentes y mejorar el Conocimiento de los Alumnos

        • La Consolidación del Proyecto Educativo “Practico-Teórico” se ve básicamente solidificado ya que tiene Elementos Didácticos para llevar a cabo un Sinnúmero de Actividades, resolviendo sus Diferentes Parámetros mediante las Formulas Matemáticas. Dándonos cuenta que las Señales que se obtienen, se pueden medir y visualizar con los Diferentes Instrumentos de Medición; demostramos una Simulación de un Verdadero Sistema de Comunicación adquiriendo provecho de las Señales que se toman como Muestra para el Análisis Final