INTRODUCCIÓN La industria de las comunicaciones electrónicas ha venido reemplazando poco a poco las técnicas convencionales analógicas de modulación, como son AM (modulación de amplitud), FM (modulación de frecuencia) y PM (modulación de fase) por sistemas digitales de comunicaciones. Esto, debido a las ventajas que presenta la modulación digital: mayor inmunidad al ruido, sencillez de procesamiento, alta seguridad de los datos y multicanalización. Algunas de las modulaciones digitales son: ASK (amplitude shift keying), OOK (On-Off keying), FSK (frequency shift keying), BPSK (binary phase shift keying), QPSK (quadrature phase shift keying), 8PSK (8 phase shift keying).
El término comunicaciones digitales abarca un área extensa de técnicas de comunicaciones, incluyendo transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales, entre dos o más puntos, de un sistema de comunicaciones. El radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas, en forma digital entre, dos o más puntos de un sistema de comunicación. Los sistemas de transmisión digital requieren medios guiados y los sistemas de radio digital requieren medios no guiados [1]. En los sistemas de radio digital las señales de modulación y demodulación son pulsos digitales.
MODULACION DPSK
MODULACION QAM
¿Que es la modulación en amplitud por cuadratura? La modulación de amplitud de la cuadratura es un sistema de la modulación en el cual los datos son transferidos modulando la amplitud de dos ondas de portador separadas, sobre todo sinusoidal, que son fuera de fase por 90 grados (seno y coseno). Debido a su diferencia de fase, se llaman los portadores de la cuadratura, osease la modulación de amplitud de la cuadratura es la combinación de afinar de la modulación de amplitud y de desplazamiento de fase. Es una modulación digital avanzada, en la que su eficiencia se utiliza para la transmisión de datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido. Se asocian gran cantidad de aplicaciones a ella: • Modems superiores a 2400 bps. • Multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, • En la modulación TCM
satélite, etc.
Modems ADSL FUNCIONAMIENTO DE LA MODULACIÓN EN AMPLITUD EN CUADRATURA La modulación QAM consiste en modular en amplitud (ASK) de forma independiente, dos portadores que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre si 90º. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras están en cuadratura. La fórmula matemática de una señal modulada en QAM es: Las amplitudes de las dos señales moduladas en ASK (a y b), toman de forma independiente los valores discretos an y bn correspondientes al total de los “N”
estados de la señal moduladora codificada en banda base multinivel N= n x m. Una modulación QAM se puede reducir a la modulación simultanea de amplitud ASKn,m y fase PSKn,m de una única portadora, pero solo cuando los estados de amplitud An,m y de fase Hn,m que esta dispone, mantienen con las amplitudes de las portadoras originales an y bn la relaciones que se indican: QAM → An(coswt) + Bm(senwt) = An,m(coswt − Hn,m)
Donde An(coswt) y Bm(senwt) están moduladas en ASK, An,m esta modulada en ASK y cos(wt − Hn,m) es una expresión modulada en PSK • An,m= • An =An,m cos Hn,m • Hn,m =arctg Bm / An • Bm=An,m sen Hn,m
Estas expresiones se deducen fácilmente a partir de la siguientes: QAM → Acos(wt – h) = A coswt x cos h + Asenwt x sen h QAM → Acos(wt – h) = (A cos h) x cos wt + (A sen h) x sen wt QAM → Acos(wt – h) = A coswt + b senwt; por lo tanto: a=A cos h; b=a sen h
La inmunidad que tiene la señal modulada en cuanto a las perturbaciones y al ruido de la línea, es mayor cuanto mas separados estén los puntos del diagrama de estados. Se trata pues de buscar una constelación de puntos con una coordenadas de amplitud y fase que hagan maxima la separación entre ellos. El modulador es una suma de dos señales de este tipo, una en coseno y otra en seno. Las señales no moduladas exhiben solamente dos posiciones permitiendo una transferencia de un 0 o 1. En la modulación de amplitud de la cuadratura, es posible transferir más pedacitos por la posición pues hay puntos múltiples de la transferencia. En la modulación de amplitud de la cuadratura, una señal obtenida sumando la modulación de la amplitud y de la fase de una señal de portador (una onda modulada del seno y del coseno o las ondas de la cuadratura) se utiliza para la transferencia de datos. Pues el número de la transferencia señala el restos arriba, es posible transportar más pedacitos por cada cambio de la posición. Los estados posibles de una configuración particular se pueden denotar lo más mejor posible usando un diagrama de la constelación. En un diagrama de la constelación, los puntos de la constelación se arreglan en una rejilla cuadrada con el espaciamiento horizontal y vertical igual (otras configuraciones son posibles también). En la comunicación digital, como datos es binario, sigue que el número de puntos en la rejilla será generalmente una función de la energía de 2 (2, 4, 8, etc). Pues la modulación de amplitud de la cuadratura es generalmente cuadrada, algunos de éstos pueden ser que falta o anormales. Los mas comunes son 16QAM, 64-QAM, 128-QAM y 256-QAM. Aunque es posible transferir más pedacitos por símbolo con constelaciones de una orden más alta, teóricamente, un problema técnico inherente puede existir. Para mantener la energía mala de una constelación de una orden más alta en el mismo nivel, es imprescindible que sigue habiendo los puntos de la constelación cerca de uno a. Sin embargo, tal configuración trae con ella ocasiones adicionales del ruido y la corrupción adicional. En el uso práctico, una orden más alta QAM entrega más datos, pero los entrega menos confiablemente (es decir, con una tarifa de error más alta de pedacito) que la orden más baja QAM.
Incidentemente, las modulaciones de amplitud rectangulares de la cuadratura se prefieren a las modulaciones de amplitud no-rectangulares de la cuadratura pues el anterior es más fácil de modular y de desmodular. Usos de la modulacion de amplitud por cuadratura 64-QAM y 256-QAM son de uso frecuente en módem de cable y usos digitales de la televisión por cable. De hecho, 64-QAM y 256-QAM son los directorios asignados por mandato de la modulación para la televisión por cable digital, según lo colocado por SCTE en el ANSI/SCTE estándar 07 2000. En el Reino Unido, 16-QAM y 64-QAM también se utilizan actualmente en la televisión terrestre digital. QAM CONTRA EL P.M. Y PSK La modulación de la fase y el afinar de desplazamiento de fase se pueden mirar como casos especiales de la modulación de amplitud de la cuadratura donde está constante la amplitud de la señal de modulación y de la fase que cambia solamente. La misma teoría se puede ampliar más lejos a afinar de la cambio de la frecuencia y a la modulación de la frecuencia. Ambos son casos especiales de la modulación de la fase. 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 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.
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 8QAM 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 8PSK. 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).
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.
