Modulacion QPSK y QAM

Modulación Digital M-aria QPSK y 8QAM José Díaz, Alejandro Flores, María Labarca, Andreina Pernía Laboratorio de Comunicaciones II LUZ Maracaibo, Zulia, Venezuela [email protected], [email protected], [email protected], [email protected].

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OBJETIVO GENERAL 

2.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS.

RESUMEN!!! UTILIZAR OBJETIVOS METODOLOGIA ANALISIS DE RESULTADOS y CONCLUSIONES!! OJO PALABRAS CLAVE: demodulación, BER

ASK,

FSK,

Analizar la transmisión y recepción de las señales QPSK y 8QAM.

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Analizar cambios en las señales y su principal causa.

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Identificar las señales obtenidas en cada bloque.

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Describir la forma de onda en cada punto.

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Comparar ambas modulaciones

modulación,

1 INTRODUCCIÓN Hoy en día generalmente las señales no son transmitidas a gran distancia en forma banda base, es decir sin realizar ninguna modulación, sino con alguna modulación de una señal en forma analógica, en este experimento veremos transmisión binaria mediante portadora modulada que consiste en modular una portadora sinusoidal con frecuencia compatible con el medio de transmisión utilizado. Fundamentalmente la modulación consistirá en convertir una señal digital a una analógica variando su amplitud, frecuencia o fase. Por eso a través del tiempo se han desarrollado varias formas de modulación de señales digitales según el tipo de modulación empleado. En este informe se enfocara en estudiar Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) y modulación por desplazamiento de Frecuencia (FSK), teniendo como objetivo principalmente analizar como transmitir y recibir señales ASK y FSK, verificando su comportamiento cuando se somete a algunos cambios de codificación, e identificando las señales que se obtiene en cada punto del bloque del modulo que se utilizara.

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MARCO TEÓRICO

Modulación por desplazamiento de fase PSK La modulación por desplazamiento de fase o PSK es una forma de modulación angular que consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional PM es que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado mostrada en la figura 1.

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Figura 2 Diagrama de constelación para QPSK con código GRAY. Figura 1 Onda en Modulacion PSK

Modulación QPSK Este esquema de modulación es conocido como PSK cuaternaria. Esta modulación digital es representada en el diagrama de constelación por cuatro puntos equidistantes del origen de coordenadas como se muestra en la figura 2, con cuatros fases, QPSK puede codificar dos bits por cada símbolo. La asignación de bits a cada símbolo suele hacerse mediante el código de gray, que consiste en que, entre dos símbolos adyacentes, los símbolos solo se diferencian en 1 bit, con lo que se logra minimizar la tasa de bits erróneos.

4 DESARROLLO EXPERIMENTAL.

El análisis matemático muestra que un sistema QPSK puede usarse tanto para duplicar la tasa de datos, en comparación con otro BPSK mientras se mantiene el ancho de banda de la señal o para mantener la tasas de datos de BPSK sin dividir a la mitad el ancho de banda. En este último caso, la tasa de errores de bit (BER) es exactamente igual para ambas modulaciones, lo que puede originar confusiones al describirlas y considerarlas.

4.1. Materiales utilizados en la práctica. 

MóduloMCM31/EV

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Osciloscopio

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Cables y Puntas de Osciloscopio

4.2 Desarrollo de la práctica. 4.2.1Transmision y recepción de señales QPSK.

Respecto a un ancho de banda predeterminado, la ventaja de QPSK sobre BPSK está que con el primero se transmite el doble de la velocidad de datos en un ancho de banda determinado en comparación con BPSK, usando la misma tasa de error. Como contraparte, los transmisores y receptores QPSK son más complicados que los de BPSK, aunque con las modernas tecnologías electrónicas, el costo es muy moderado.

En la práctica se realiza la modulación por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK), el cual se dispone del módulo MCM31/EV, se procede a realizar la configuración en el módulo como se observa en la figura 5, para la modulación QPSK, ubicando el jumper 1 en dibit debido a que esta modulación puede codificar dos bits por cada símbolo el jumper 3 en Q, y con una secuencia de bits arbitraria de 000111100001111000011110 y las puntas del osciloscopio en Tp4 y TP16.

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Figura 7 Señales Portadoras

Figura 5 Configuración y conexión de puntas en TP4 y TP16

Las señales mostradas anteriormente pasan al modulador QPSK, en el cual cada una es llevada al modulador balanceado ubicados en el módulo, para su proceso de modulación, cada modulador balanceado indica el canal I y el canal Q respectivamente de la modulación cuaternaria, el cual su resultado es mostrado en mostrado en la figura 8, donde se puede observar por separado ambos canales I y Luego su suma forman la señal modulada mostrada anteriormente.

La modulación QPSK permite transmitir 2 bits por símbolos, para así no aumentar el ancho de banda del canal, en la figura 6 se puede notar como la transmisión de la señal mensaje a través de la portadora se ve desfasada para la transmisión de 1 binario con la fase de la portadora para la transmisión de 0 y las transiciones que ocurren en los cambios.

Figura 8 Señal Mensaje y las señales Portadoras Figura 6 Señal Mensaje y Modulada Cada señal contiene los bits por canal Q y I, ya que la modulación QPSK permite transmitir 2 bits por símbolos, en el canal I mostrado por la señal 2 en la figura 8, se nota las alteraciones o desfase que ocurren cuando hay un cambio de bit, mientras que en el canal Q mostrada por la señal 3, se muestra los dos picos unidos debido al desfase de 90° que se produce cuando se transmite diferentes bit.

Se conectan las puntas del osciloscopio en el punto TP12 y Tp13 del módulo y en la figura 7 se muestra lo obtenido, son las señales portadoras del módulo, utilizadas para la modulación QPSK, en el cual se puede notar que sus frecuencias son altas y una señal se encuentra desfasa respeto a la otra.

Efecto del canal en la señal modulada En la figura 9 se muestra la señal modulada que se transmite por el canal representada por la señal 1, y en el receptor se representa por la señal 2, en el cual se puede observar que no existe gran variación de la señal, lo cual el ruido y la atenuación son bajas, lo cual se puede despreciar 3

debido a la simulación del módulo como línea de transmisión corta.

de filtros pasabanda, luego a través del divisor de potencia y la recuperación de la portadora para el canal I,y desfasada 90° para el canal Q. Luego ambos canales son filtrados y muestreadas para la recuperación de ambas señales, como se muestra en la figura 12, debido a que las señales presentan distorsiones.

Figura 9 Efecto del canal

Figura 11 Señal I y Q demodulada

Proceso de Demodulación

Se miden los puntos Tp4, Tp21 y Tp22 del módulo mostrado en la figura 10, el cual muestra la sincronización de la portadora, la demodulación de ambas señales del canal I y Q se encuentran desfasadas entre sí, la demodulación de la señal, es esencialmente coherente, lo cual se utiliza sincronización de fase, para el proceso de recuperación de la portadora, el circuito de sincronización de la portadora es de lazo de costas. Figura 12 En la figura 12 se muestra los puntos Tp27 y Tp28 del módulo, representado por la señal 2 y la señal 3 respectivamente, luego las señales pasan por un integrador para recuperar de si es 0 o 1, y eliminar la distorsión de las señales el cual se mide en los puntos Tp31 y Tp34 del módulo como se muestra en la figura 13.

Figura 10 Sincronización de la portadora

En la figura 11 se miden los puntos Tp24 representado por la señal2 y Tp25 por la señal 3,el cual muestra la demodulación de cana canal I y Q,en donde su proceso de demodulación consta 4

punto en el osciloscopio como se observa en la figura 16 se encuentra desfasada 135°,luego se cambia la secuencia de bits y se obtiene el punto 10 el cual este se encuentra desfasado -135° mostrado en la figura 17,para el punto 01 se vuelve a cambiar la secuencia y obtiene el punto

Figura 13 1) Señal mensaje. 2) Señal I,3) Señal Q Las señales I y Q son sumadas formando la señal en el receptor recuperando los datos binarios transmitidos, en donde se realiza la sincronización y la decisión de si es 1 o 0 recibido, en la figura 14 se muestra la señal transmitida y la señal recibida, el cual se miden en los puntos Tp4 y Tp9 del módulo respectivamente, la señal en el receptor se encuentra en fase con la señal transmitida en la modulación QPSK el cual se pudo recibir el mensaje sin errores.

Figura 14 Señal Transmitida y Recibida

Diagrama de Constelación Para determinar el diagrama de constelación, se conectaron las puntas del osciloscopio en los puntos de X y Y del módulo, el cuales son el Tp27 y Tp28 respectivamente, se procedió a poner la secuencia de bits en 00, para así poder determinar el punto 00 en el diagrama, como se muestra en la figura 15, en donde el punto 00 se encuentra desfasado 45° respecto al eje x, el punto 11 la secuencia de bits era 11 para asi poder observar el 5