CAPITULO 6

Sistemas de comunicación

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Introducción

Una señal en su frecuencia original no puedetransmitirse por un medio de comunicación y por ellorequiere ser trasladada a una nueva frecuencia,generalmente mayor con el fin de enviarla sin alterar lascaracterísticas de la señal original. La forma de hacerloes modificando la amplitud, frecuencia o fase de otraseñal llamada portadora. Dependiendo de la naturalezade la señal original, ya sea analógica o digital. La señaloriginal se denomina señal moduladora y la señal de altafrecuencia se denomina portadora.

CommunicationsSystem Toolbox

Para el estudio de los sistemas de comunicación se haceuso del toolbox de Communications System de MATLABque proporciona las herramientas para el diseño,simulación y análisis de los sistemas de comunicación.La librerías de toolbox permiten implementar y resolverproblemas relativos a las comunicaciones tales comocodificación de la información, modulación, modelado delcanal,etc.

Modulación en amplitud

AM

En este tipo de modulación se modifica la amplitud A dela portadora en forma proporcional a la señalmoduladora. La operación de modulación se obtienemediante la multiplicación de la señal original por laportadora.

Demodulación AM

El proceso mediante el cual se recupera la señal originalse denomina Demodulación y se realiza tambiénmediante la multiplicación de la señal AM recibida por laportadora.

Demodulación síncrona y asíncrona

En el caso en que la variación sea ᶲ = 90° la señal no sepuede recuperar, este caso se denomina demodulaciónasíncrona que significa que la portadora del receptor esdistinta a la portadora del transmisor. La modulaciónsíncrona se realiza cuando las portadoras de transmisory receptor está exactamente en fase.

Uso de SIMULINK

para simulación de sistemas de

comunicación

El programa de SIMULINK puede emplearse pararealizar la simulación de los sistemas de comunicaciónbasado en bloques funcionales de forma similar a lossistemas de comunicación estudiados en la teoría. Losprincipales bloques que posee el programa se puedenclasificar en:

- Entradas.

- Bloques funcionales.

- Operaciones aritméticas.

- Salidas.

Modulación en frecuencia

FM

En la modulación en frecuencia FM se modifica lafrecuencia de la portadora en forma proporcional a lamoduladora. La modulación FM dentro de MATLABpuede generarse mediante la función fmmod y la funciónpara demodular fmdemod.

Análisis en frecuencia de

FM

El comportamiento en frecuencia de la señal moduladase obtiene mediante la transformada de Fourier, sinembargo la señal de FM presenta el término cos(sen(x))que no es posible encontrar en tablas de la transformadade Fourier. El análisis se realiza mediante lasdenominadas funciones de Bessel.

Ruido en los sistemas de

comunicación

Además del estudio de la modulación es importanteentender los efectos del ruido y de aquellas limitantes enel canal de comunicación que ocasionan errores yafectan al proceso de recepción de la información, talescomo interferencia intersimbólica, retraso,multitrayectorias, etc. Todos estos efectos sonestudiados dentro de MATLAB mediante el uso deobjetos.

Ruido blanco gaussiano

La principal interferencia en un sistema de comunicaciónse debe al ruido térmico que es el resultado delmovimiento aleatorio de electrones en el medio decomunicación y en los equipos electrónicos utilizados.Este ruido se caracteriza por tener una distribucióngaussiana de probabilidad y se denomina Ruido blancogaussiano aditivo.

Multitrayectoriasen el medio de comunicación

Las comunicaciones a bajas frecuencias como la ondacorta, se basan en la transmisión de datos a través deseñales que se reflejan de la ionósfera lo cual originatrayectorias con diferentes retrasos ocasionando que laseñal se desvanezca.

Velocidad Doppler

Cuando un receptor de un medio de comunicación móvilse mueve a una velocidad considerable. Este efectotambién es importante en un sistema de radar para ladetección de velocidad.

Dispersión

En un canal digital se desea transmitir un símbolo deduración T segundos por el canal de comunicación sinembargo debido al ancho de banda limitado del canal, altransmitir un pulso de un ancho mayor al pulso original einclusive con oscilaciones laterales de menor tamañosimilares a la función sinc.

Interferencia intersimbólica

Debido a los efectos de dispersión antes mencionada, altransmitir múltiples símbolos que representan unos yceros en forma consecutiva, la interferencia de unsímbolo con el símbolo adyacente debido a la dispersiónocasionará interferencia entre los mismos denominadainterferencia intersimbólica.

Modelo del canal en MATLAB

La función rayleighchan de MATLAB permite modelar elcanal de comunicación mediante una serie deparámetros que definen el comportamiento del canal.

Modelo del modulador en

MATLAB

El sistema completo modulador-demodulador se puederepresentar mediante un objeto llamado modem dentrode MATLAB de forma similar al objeto que define el canalde comunicación. Este objeto contiene información deltipo de modulación, número de símbolos transmitidos ytipo de constelación.

Sistemas de comunicación

digital

Las comunicaciones digitales surgen inicialmente comouna solución para la transmisión de datos digitales porun medio analógico como lo era en sus inicios el canaltelefónico de líneas de alambre de cobre mediante losllamados módems. Este medio estaba diseñado para latransmisión de señales en el rango de frecuencias de lavoz.

Modelo del canal digital

binario simétrico

En un sistema de comunicación digital la fuente deinformación es binaria, es decir, se transmiten unos yceros. Debido a los efectos del canal y el ruido la salidase ve afectada y existe una probabilidad de detectar unsímbolo equivocado en el receptor.

Tasa de bits con error

Por otro lado, la probabilidad de error o bien la tasa debits con error denominada BER es la medida empleadapara evaluar la eficiencia del canal.

Modulación digital

La modulación digital permite transmitir la informaciónbinaria por un medio analógico. Asumiendo que un unose representa por un pulso rectangular, a partir de lateoría de Fourier éste consta de un número alto decomponentes de frecuencia mientras que el ancho debanda del canal es limitado.

Comunicación M-aria

La transmisión de un símbolo bit representa lacomunicación binaria, sin embargo cuando un símbolorepresenta más de un bit se denomina comunicaciónternaria. Para 4 bits cuaternaria y así sucesivamente. Poresta razón se le ha designado a la comunicación de Mbits por símbolo de comunicación M-aria, incrementandola velocidad de comunicación.

Modulación digital en

frecuencia FSK

Mediante este tipo de modulación se hace variar lafrecuencia de una portadora en función de la informacióna transmitir, ya sea un 1 o un 0 y por lo tanto se tienendos frecuencias de transmisión.

Modulación digital en fase

PSK

Con la finalidad de transmitir a una mayor velocidad enbps es necesario codificar una mayor cantidad de bitspor cada símbolo transmitido, lo cual se logra mediantemodulación de fases.

Modulación digital en

cuadratura QPSK

Al transmitir 4 fases se tendrán 4 puntos en el diagramade constelación separados 90°, por esta razón sedenomina modulación e cuadratura.

Modulación digital en

Amplitud y Cuadratura

QAM

La velocidad de transmisión se puede incrementar alaumentar el número de fases y con ellos la cantidad debits por cada símbolo. El proceso para generar la señalQAM se basa en la combinación de una función seno ycoseno de diferentes amplitudes de tal forma que seproduce el punto requerido en el diagrama deconstelación.

Rendimiento en los

sistemas de comunicación

En los sistemas de modulación digital que se handescrito es importante visualizar el rendimiento paracomparar entre los distintos tipos de transmisión, lo cualse realiza basado en la potencia requerida para lograrcierto nivel de errores en la recepción.