martes, 7 de diciembre de 2010

TÉCNICAS DE MODULACIÓN Y MULTIPLEXACIÓN EN LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN

TÉCNICAS DE MODULACIÓN Y MULTIPLEXACIÓN EN LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN







1.    Que es la modulación de una onda?

Modulación onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.







2.    Que es una onda sinusoidal (senoidal)? Anexe gráfico.

También llamada Sinusoidal. Se trata de una señal analógica, puesto que existen infinitos valores entre dos puntos cualesquiera del dominio. Así pues, podemos ver en la imagen que la onda describe una curva continua. De hecho, esta onda es la gráfica de la función matemática seno, que posee los siguientes atributos característicos:
  • En un triángulo rectángulo, el seno de un ángulo agudo a, que se designa por sen a, es igual a la longitud del cateto opuesto al ángulo dividida por la longitud de la hipotenusa.
  • El seno de un ángulo cualquiera se asigna mediante la circunferencia goniométrica. Es la ordenada del punto en que el segundo lado del ángulo la corta:
  • La función y = sen x describe la variación del seno de ángulos medidos en radianes. Es continua y periódica de periodo 2π (Recuérdese que en radianes, π representa 180°). Se denomina función sinusoidal.
El teorema del seno se aplica a los lados y ángulos de un triángulo cualquiera y relaciona cada dos lados con sus ángulos opuestos:
Este tipo de ondas son vistas en la Corriente Alterna, puesto que en ésta, la dirección del flujo eléctrico cambia constantemente en el tiempo, y cada uno de estos cambios es representado en la gráfica por un ciclo, puesto que se considera que la carga va aumentando hasta llegar a su máximo, luego disminuye hasta cero y da paso al siguiente sentido.


Figura 1: Parámetros característicos de una onda senoidal.

Una onda senoidal se caracteriza por:
  • Amplitud: máximo voltaje que puede haber, teniendo en cuenta que la onda no tenga Corriente continua.A0
  • Período: tiempo en completar un ciclo, medido en segundos. T
  • Frecuencia: es el número de veces que se repite un ciclo en un segundo, se mide en (Hz) y es la inversa del periodo (f=1/T)
  • Fase: el ángulo de fase inicial en radianes. (ßRd)

Si la fórmula es así:
Recuerda que:
  • ω es la pulsación: f
  • β es la fase inicial. muchas veces este dato no se tiene en cuenta al considerar el sistema en estado estacionario.
Pero si que se tiene en cuenta la diferencia de fase en comparación con otra onda (Λß).



3.    Que es la Amplitud  de una onda?
amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasi periódicamente en el tiempo. Es la distancia máxima entre el punto mas alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

Amplitud de una onda

Una perturbación física que se propaga en el espacio como una onda armónica puede modelizarse matemáticamente como una magnitud física cuyo valor varía con el tiempo y de un punto a otro del espacio según una ecuación como:
Donde es la velocidad de propagación de la perturbación. Para una onda plana que se propaga en dirección x la solución de la ecuación anterior es:
Y en ese caso la amplitud se define como:
Usualmente la intensidad de una onda es una magnitud proporcional al promedio del cuadrado de la amplitud:
Para una onda periódica de período T:





4.    Que es la Amplitud modulada? Explique mediante gráfico.
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.
AM es el acrónimo de Amplitude Modulation (en español: Modulación de Amplitud) la cual consiste en modificar la amplitud de una señal de alta frecuencia, denominada portadora, en función de una señal de baja frecuencia, denominada moduladora, la cual es la señal que contiene la información que se desea transmitir. Entre los tipos de modulación AM se encuentra la modulación de doble banda lateral con portadora (DSBFC)
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.
AM es el acrónimo de Amplitude Modulation (en español: Modulación de Amplitud) la cual consiste en modificar la amplitud de una señal de alta frecuencia, denominada portadora, en función de una señal de baja frecuencia, denominada moduladora, la cual es la señal que contiene la información que se desea transmitir. Entre los tipos de modulación AM se encuentra la modulación de doble banda lateral con portadora (DSBFC)




5.    Que es la Frecuencia de una onda?

Frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.



Ejemplos de ondas de distintas frecuencias; se observa la relación inversa con la longitud de onda.

Para calcular la frecuencia de un suceso. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz), en honor a Heinrich Rudolf Hertz. Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo. Así, dos hercios son dos sucesos (períodos) por segundo, etc. Esta unidad se llamó originariamente «ciclo por segundo» (cps) y aún se sigue utilizando. Otras unidades para indicar la frecuencia son revoluciones por minuto (rpm). Las pulsaciones del corazón y el tempo musical se miden en «pulsos por minuto» (bpm, del inglés beats per minute).
Un método alternativo para calcular la frecuencia es medir el tiempo entre dos repeticiones (periodo) y luego calcular la frecuencia (f) recíproca de esta manera:
Donde T es el periodo de la señal.

6.    Que es la frecuencia modulada? Explique mediante gráfico.
frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como FSK.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (véase Radio FM). El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es el único método factible para la grabación de video y para recuperar de la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar con equalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de FM elimina a través de impresión y pre-eco.


Una señal moduladora (la primera) puede transmitirse modulando una onda portadora en AM (la segunda) o FM (la tercera), entre otras.
7.    Que es FSK?



El FSK (Frequency-shift keying) es un tipo de modulación de frecuencia cuya señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía entre valores predeterminados.
En los sistemas de modulación por salto de frecuencia, FSK, la señal moduladora hace variar la frecuencia de la portadora, de modo que la señal modulada resultante codifica la información asociándola a valores de frecuencia diferentes.


8. Realice Gráfico explicativo y comparativo de los dos (puntos 3 y 5) métodos anteriores de modulación.



9. 
Que es la fase de una onda?  Explique mediante gráfico.



10.    Que es  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.
http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_por_desplazamiento_de_fase

11.    Que es 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.
La amplitud de una señal portadora análoga 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 PSTN, etc. Esto requiere la 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.


12.    Que es el periodo de una onda? Explique mediante gráfico.
El período: cuando producimos ondas en sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un punto del medio material perturbado es lo que constituye el período.
El tiempo que tarda la onda en recorrer una distancia igual a la longitud de onda es el período de la onda

13.    Que es la longitud de onda (λ)? Explique mediante gráfico.



www.wikipedia.org
La longitud de una onda es la distancia que recorre la onda en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos.
Si representamos esa propiedad (el campo eléctrico en el ejemplo mencionado) en una gráfica entonces podemos decir que la longitud de onda la representamos en esa misma gráfica como la distancia entre dos máximos consecutivas. En otras palabras, describe lo larga que es la onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen sus correspondientes longitudes de onda
14.    Cual es la formula de la longitud de onda? Explíquela.
www.wikipedia.org
La longitud de onda λ es inversamente proporcional a la frecuencia f, siendo ésta la frecuencia del movimiento armónico simple de cada una de las partículas del medio. (La longitud de onda no se debe confundir con la frecuencia angular ω).
Donde λ es la longitud de onda, v es la velocidad de la onda, y f es la frecuencia. Para la luz y otras ondas electromagnéticas que viajan en el vacío, la velocidad v vale 299.792.458 m/s y es la velocidad de la luz. Para las ondas de sonido que se desplazan por el aire, v es aproximadamente 343 m/s.


15.    Que es la UIT?

www.unsystem.org.es

La UIT es la organización más importante de las Naciones Unidas en lo que concierne a las tecnologías de la información y la comunicación. En su calidad de coordinador mundial de gobiernos y sector privado, la función de la UIT abarca tres sectores fundamentales, a saber: radiocomunicaciones, normalización y desarrollo.



1.    Que es una señal modulada? Explique mediante gráfico.
Una señal modulada (la primera) puede transmitirse modulando una onda portadora en AM (la segunda) o FM (la tercera), entre otras.


17.    Que es QAM?
www.wikipedia.org
(Quadrature amplitude modulation)
Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)
es a la vez uno analógico y uno digital de modulación del sistema. Se transmite dos señales de mensaje analógico, digital o dos flujos de bits , mediante el cambio ( modulación )de  la amplitud de dos ondas portadoras , con el desplazamiento de claves de amplitud (ASK) esquema de modulación digital o modulación de amplitud (AM) esquema de modulación analógica.





18.    Que es demodulación? Explique mediante gráfico.








La demodulación es el proceso de recuperación de la señal moduladora de una señal modulada.

en amplitud (MA) o modulada en frecuencia.(MF)El demodulador también es llamado detector. En el campo del análisis de vibración, a veces se encuentra el hecho que algunos componentes de la señal como 1x o la velocidad de rotación modularán otros componentes como las frecuencias de engranaje o tonos de rodamiento. Se puede usar un demodulador para detectar y recuperar esas señales moduladoras. También ver Modulación de Amplitud y Modulación de Frecuencia.

La demodulación puede explicarse usando el siguiente ejemplo:  

Digamos que tenemos el balín de un balero con una falla en el canal externo. Cada vez que el balín pega esta falla crea un pequeño “clic”.  Si 7.4 balines golpean esta falla por revolución tendremos 7.4 “clics” por revolución. Nosotros esperaremos ver un pico en el espectro de banda angosta en 7.4x (una frecuencia igual a 7.4 x la velocidad del eje).  Llamaremos a esto “falla de la frecuencia”.

Si nosotros estuviéramos usando solo los datos del espectro de banda angosta, ahí es donde encontraremos el pico en el espectro relacionado con esta particular falla en los baleros.



El proceso de demodulación se enfoque en la frecuencia y el rango al cual suene más alto. Este quita la frecuencia o el “sonido” propio (alta frecuencia) y regresa al rango al cual esta golpeado (7.4 veces por revolución del eje). En otras palabras, debemos llegar a esa misma frecuencia 7.4 x viendo los datos de alta frecuencia, y viendo el mismo tono de balero en un diferente rango de frecuencia de los datos de vibración.

19.    Que es la multiplexación?
 La multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor

20.    Que es un multiplexor? Explique sus funciones.
Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida que es única. 
La entrada seleccionada viene determinada por la combinación de ceros (0) y unos (1) lógicos en las entradas de control. La cantidad que necesitaremos será igual a la potencia de 2 que resulte de analizar el número de entradas. Así, por ejemplo, a un multiplexor de 8 entradas le corresponderán 3 de control.





21.    Que es  FDM? Explique mediante gráfico.
La multiplexación por división de frecuencia (MDF) o (FDM), del inglés Frequency Division Multiplexing, es un tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de transmisión analógicos. La forma de funcionamiento es la siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así se pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.






22.    Que es TDM? Explique mediante gráfico.
La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time Division 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 figura 1 siguiente se representa, esquematizada de forma muy simple, un conjunto multiplexor-demultiplexor para ilustrar como se realiza la multiplexación-desmultiplexación por división de tiempo.







23.Multiplexación por división de longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.
Este término se refiere a una portadora óptica (descrita típicamente por su longitud de onda) mientras que la multiplexación por división de frecuencia generalmente se emplea para referirse a una portadora de radiofrecuencia (descrita habitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, y la radiofrecuencia y la luz son ambas formas de radiación electromagnética, la distinción resulta un tanto arbitraria.
El dispositivo que une las señales se conoce como multiplexor mientras que el que las separa es un demultiplexor. Con el tipo adecuado de fibra puede disponerse un dispositivo que realice ambas funciones a la vez, actuando como un multiplexor óptico de inserción-extracción.
Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad total 25.6 Tb/s sobre un solo par de fibra.

Tipos

WDM puede ser de dos tipos:
  • Densa (DWDM, ‘Dense’ WDM): Muchas longitudes de onda y larga distancia
  • Ligera (CWDM ‘Coarse’ WDM): Pocas longitudes de onda y entornos metropolitanos



24.    Que es un Demultiplexor?
Demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un medio de transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes de la misma encaminándolas a las salidas correspondientes.
La señal compleja puede ser tanto analógica como digital y estar multiplexada en cualquiera de las distintas formas posibles para cada una de ellas.
http://es.wikipedia.org/wiki/Demultiplexor

25.    Que es SDMA?
Un sistema de comunicaciones que proporciona los canales de comunicaciones de SDMA en un sistema del non-SDMA (acceso múltiple de la división no-espacial) y usados en un área específica para establecer comunicaciones sin hilos con las estaciones móviles en el área abarca una antena elegante para establecer las comunicaciones sin hilos con las estaciones móviles, transmisiones de manejo de un regulador de la estación baja e información de la recepción entre cada estación móvil y una red de comunicaciones saliente, una pluralidad de estaciones bajas del transmisor-receptor conectadas eléctricamente con el regulador de la estación baja, cada uno de ellas que establecen las comunicaciones sin hilos entre las estaciones móviles y el regulador de la estación baja, y un sistema de gerencia espacial del espectro conectado entre la antena elegante y las estaciones bajas del transmisor-receptor. El sistema de gerencia espacial del espectro utiliza el espectro espacial de la antena elegante y elige un sistema de canales de comunicaciones de una pluralidad de canales de comunicaciones según la posición de cada estación móvil para establecer las comunicaciones sin hilos con las estaciones móviles en el área de comunicación

http://es.patents.com/Non-SDMA-SDMA-method/US20010012278/es-US/

26.    Que es OFMD?

Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales, en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), es una multiplexación que consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o en PSK.
Normalmente se realiza la multiplexación OFD tras pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión, entonces esta multiplexación se denomina COFDM, del inglés Coded OFDM.