Exposición 2

Sistemas híbridos (TDM con PAM, TDM con PCM) y modulación de señales ASK,PSK,QAM 

En las telecomunicaciones, la transmisión (abreviatura: Tx) o emisión es el proceso de envío y propagación de una señal de información analógica o digital sobre un medio de transmisión físico punto-a-punto o punto-a-multipunto, ya sea por cable, fibra óptica o inalámbricamente. 

Es usado para definir una clase de sistemas con comportamientos definidos por entidades o procesos de distintas características. Estos sistemas contienen típicamente variables o señales que toman valores de manera continua y variables discretas que toman valores dentro de un conjunto finito de posibilidades. 

¿Por qué usar sistemas híbridos? 

•Una razón importante es la reducción de complejidad del modelo en orden. 

Ejemplo: 

•En lugar de tener que representar las relaciones dinámicas a partir de un conjunto de ecuaciones diferenciales no lineales de orden superior, se puede representar el mismo sistema por un conjunto de ecuaciones simples. 

Sistema Hibrido IP-Serie TDA 

 Que es SHIP? 

• Plataforma de comunicaciones diseñada para soportar la convergencia de redes actual. Proporcionando una serie de funciones y aplicaciones fiables basadas en la tecnologia. 

Ventajas del SHIP 

•Interconexión en oficinas Empresariales 

– Utilizando Voz sobre IP (VoIP). Convirtiendo voz de telefonía a paquetes de IP. 

• Soporta el protocolo QSI. 

• Flexibilidad de acceso a las redes. 

Modulación por amplitud de pulsos (PAM) y la multiplexación por división de tiempo (TDM) 

La multiplexación por división de tiempo (TDM) es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de trasmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de trasmisión. El Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) es una de las técnicas de TDM más difundidas. 

Multiplexación por división de tiempo 

La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time División Multiplexing, es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo). 

En la imagen siguiente se representa, esquematizada de forma muy simple, un conjunto multiplexor-demultiplexor para ilustrar como se realiza la multiplexación-desmultiplexación por división de tiempo. 

En este circuito, las entradas de seis canales llegan a los denominados interruptores de canal, los cuales se cierran de forma secuencial, controlados por una señal de reloj, de manera que cada canal es conectado al medio de transmisión durante un tiempo determinado por la duración de los impulsos de reloj. 

En el extremo distante, el desmultiplexor realiza la función inversa, esto es, conecta el medio de transmisión, secuencialmente, con la salida de cada uno de los seis canales mediante interruptores controlados por el reloj del demultiplexor. Este reloj del extremo receptor funciona de forma sincronizada con el del multiplexor del extremo emisor mediante señales de temporización que son transmitidas a través del propio medio de transmisión o por un camino. 

 

La modulación por amplitud de pulsos o, por sus siglas en inglés, modulación PAM (pulse-amplitude modulation) es una técnica de modulación de señales analógicas donde el desfase y la frecuencia de la señal quedan fijas y la amplitud es la que varía. Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si se representan las amplitudes en el plano complejo se tienen las denominadas constelaciones de señal. 

 

 Recordando 

•Teoría del muestreo de Nyquist: afirmaba que una señal analógica puede ser reconstruida, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la señal analógica" 

Modulación de Amplitud de Pulso (PAM) 

•Si la duración del pulso PAM es pequeña, la energía requerida para transmitir los pulsos es mucho menor que la energía requerida para transmitir la señal analógica. El intervalo de tiempo entre los pulsos PAM debe ser llenado con muestras de otros mensajes, lo cual permite que varios mensajes se puedan transmitir simultáneamente en un canal: esta técnica es llamada multiplexación por división de tiempo(TDM). 

 

  

Estructura europea (ETSI) 

Usando un sistema TDM, un número de comunicaciones puede ser combinado en una portadora. Cada comunicación está representada por una serie de muestras, cada una de las cuales se representa en forma de código digital. 

En Europa ha sido estandarizado y aceptado por la UIT un sistema TDM de 32 canales. 

Cada canal tiene 8 bits. Al conjunto de los 32 canales se le llama trama (Frame) y tiene 256 bits. 

Una llamada es asignada a un canal en una trama, esto significa que se pueden enviar 8 bits en cada trama. 

Como una señal de voz es muestreada cada 125µs debido al Teorema de Nyquist (Ts=1/(4kHz*2)), la muestra de un usuario es realizada en 8 bits cada 125s. 

 

  

Estructura americana (ANSI) 

- La cadena de bits consiste de tramas que contienen 193 bits, donde 1 bit es usado para la alineación y 192 son usados por los 24 canales de 8 bits cada uno. 

Los elementos básicos de una red PDH (presiocnronous digital herarchy) son los multiplexores, los sistemas digitales de distribución de conexiones (digital cross-connection) y los repetidores digitales. La estructura PDH muestra que la eficacia de los multiplexores se ha visto incrementada con los sistemas digitales de distribución de conexiones. Estas facilidades se pueden utilizar para configurar servicios dedicados punto a punto. La siguiente figura muestra un multiplexor plesiócrono. 

  

 

Modulación por impulsos codificados: 

La modulación por impulsos codificados (MIC o PCM por sus siglasinglesas de Pulse Code   Modulation) es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal  analógica en una secuencia de bits (señal digital), este método fue inventado por Alec Reeves en 1937.  Una  trama o stream PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores, los cuales se encuentran codificados. 

La técnica PCM o MIC permite la conversión de señales analógicas a digitales mediante  tres procesos fundamentales: 

           Muestreo: 

Consiste en tomar muestras (medidas) del valor de la señal n  veces por segundo, con lo que tendrán n niveles de tensión en un  segundo. 

• Cuantificación: 

 En la cuantificación se asigna un determinado valor discreto a cada uno de los niveles de tensión obtenidos en el muestreo, es decir, se define un conjunto de intervalos de amplitud, a todas las muestras que caen dentro de un intervalo se les asigna el mismo valor 

• Codificación: 

a cada nivel de cuantificación se le asigna un código binario distinto, con lo cual ya tenemos la señal codificada y lista para ser transmitida. 

Muestreo y cuantificación de una onda senoidal (roja) en código PCM de 4-bits 

 

En la figura  observamos que una onda senoidal está siendo muestreada y cuantificada en   PCM. Se toman las muestras a intervalos de tiempo regulares (mostrados como segmentos sobre el eje X). De cada muestra existen una serie de posibles valores (marcas sobre el eje Y). A través del proceso de muestreo la onda se transforma en código binario (representado por la altura de las barras grises), el cual puede ser fácilmente manipulado y almacenado.  

TDM (MULTIPLEXAJE POR DIVISIÓN DE TIEMPO) CON PCM 

Es un sistema de transmisión en el cual un numero de comunicaciones están multiplexados en una portadora al asignar a cada comunicación un especio especifico de tiempo. 

El proceso se lleva a cabo "intercalando" las muestras de diferentes señales para que estas se puedan transmitir en forma secuencial por el mismo canal. 

TDM tiene como objetivo multiplexar "n" canales PCM; según el estándar que se escoja (ETSI o ANSI), para lograr lo que se denomina un PCM de 1er orden (E1 o T1), para esto se genera un conjunto de 16 tramas PCM numeradas de la 0 a la 15, que es el ciclo completo TDM. 

  

En un sistema PCM-TDM, se muestrean dos o más canales de voz, convertidos a códigos PCM, luego con el proceso de multiplexación por división de tiempo se transmite por un medio de transmisión común. 

Tipos de modulaciones  

Modulación ASK 

La modulación por desplazamiento de amplitud, en inglés Amplitude-shift keying (ASK), es una forma de modulación en la cual se representan los datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora en función de los datos a enviar. 

La amplitud de una señal portadora analógica varía conforme a la corriente de bit (modulando la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s. Podemos pensar en la señal portadora como un interruptor ON/OFF. En la señal modulada, el valor lógico 0 es representado por la ausencia de una portadora, así que da ON/OFF la operación de pulsación y de ahí el nombre dado. 

Como la modulación AM, ASK es también lineal y sensible al ruido atmosférico, distorsiones, condiciones de propagación en rutas diferentes en la PSTN, entre otros factores. Esto requiere una amplitud de banda excesiva y es por lo tanto un gasto de energía. Tanto los procesos de modulación ASK como los procesos de demodulación son relativamente baratos. La técnica ASK también es usada comúnmente para transmitir datos digitales sobre la fibra óptica. Para los transmisores LED, el valor binario 1 es representado por un pulso corto de luz y el valor binario 0 por la ausencia de luz. Los transmisores de láser normalmente tienen una corriente "de tendencia" fija que hace que el dispositivo emita un nivel bajo de luz. Este nivel bajo representa el valor 0, mientras una onda luminosa de amplitud más alta representa el valor binario 1. 

 

Salto de páginaModulación PSK 

La modulación por desplazamiento de fase o PSK(Phase Shift Keying) 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. 

La modulación PSK se caracteriza porque la fase de la señal portadora representa cada símbolo de información de la señal moduladora, con un valor angular que el modulador elige entre un conjunto discreto de "n" valores posibles. 

Un modulador PSK representa directamente la información mediante el valor absoluto de la fase de la señal modulada, valor que el demodulador obtiene al comparar la fase de ésta con la fase de la portadora sin modular. 

 

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Modulación  QAM 

La modulación de amplitud en cuadratura o QAM (acrónimo de Quadrature Amplitude Modulation, por sus siglas en inglés) es una técnica que transporta dos señales independientes, mediante la modulación de una señal portadora, tanto en amplitud como en fase.  Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada en 90°. La señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales previamente moduladas en Doble Banda Lateral con Portadora Suprimida. 

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Diagramas de moduladores y demoduladores QAM. 

Modulador analógico. 

Las señales de entrada { I(t)} y Q(t) }, pasan por moduladores de producto que modulan separadamente a la misma portadora que tiene frecuencia angular W pero con desfase de 90°. Esto se indica en el diagrama bajo las funciones de coseno y seno. Las señales son sumadas por un circuito analógico lineal y de ahí pasan al equipo transmisor. En el caso de las normas de televisión cromática NTSC y PAL, estas señales incorporan los pulsos de sincronización vertical y horizontal, mientras que el audio se añade en el transmisor, con lo cual se completa la señal televisiva. A partir de la señal transmitida es posible recuperar la señal portadora lo que permite mantener la sincronización, tanto en fase como en frecuencia, entre la señal portadora y la señal del oscilador local del receptor. 

 

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Modulador digital 

El flujo digital de datos, se divide en dos partes, mediante un convertidor serie-paralelo (S/P en la figura), las cuales atraviesan dos convertidores digital-analógico.   

Las señales pasan después por filtros pasa-bajo y  luego son multiplicadas por la misma portadora de frecuencia FSC, pero ésta es desfasada en 90° en una de las ramas de la figura, tal como ocurre en la QAM Analógica. 

 

Demodulador analógico  

La señal analógica recibida r(t) es dividida y cada parte es enviada a dos demoduladores de producto que la multiplican por la señal portadora con diferencias de fase de 90°. Las señales de salida de los demoduladores, denominadas Ir(t) y Qr(t) atraviesan los filtros pasabajos TP, adecuadamente diseñados para obtener las señales finales, que serán procesadas en forma independiente. Para mantener la sincronización, puede existir una etapa de recuperación de portadora que luego es filtrada y amplificada para ser mezclada o también, en forma alterna, un lazo de seguimiento de fase. El esquema de demodulación básico es mostrado en el diagrama que sigue. 

 

Demodulador digital 

La señal recibida se divide en dos vías, mediante un divisor de potencia (DIV) en cada una de las cuales se encuentra un demodulador de producto alimentado por la señal de un oscilador local, sincronizado mediante un circuito de recuperación de portadora, cuya señal sufre un desfase de 90° en una de estas vías. Las señales a la salida de los demoduladores son procesadas con filtros pasa-bajo para eliminar los múltiplos de los armónicos de la señal del oscilador local y luego son convertidas en forma digital para, finalmente, mezclar los flujos digitales de datos en un convertidor paralelo a serie (P/S).