UNIVERSIDAD ECCI
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA
TELECOMUNICACIONES III
ING. GERMAN MONTAÑA
INFORME EXPOSICION DE 16QAM
JORGE ELIECER GRANADOS JIMENEZ COD-2012270076
Glosario mínimo:
Modulación: conjunto de técnicas que se usan para transportar
información sobre una onda portadora,
típicamente una onda sinusoidal.
Modulación en doble banda
lateral (DBL): en inglés Doublé Side Band (DSB), es
una modulación lineal
que consiste en modificar la amplitud de la señal portadora en función de las variaciones de
la señal de información o moduladora.
Modulación de amplitud (AM): técnica utilizada en la comunicación electrónica, más
comúnmente para la transmisión de información a través de una onda portadora de
radio.
Modulación de fase PM: Es una modulación que se caracteriza porque la fase de
la onda portadora varía
en forma directamente proporcional de acuerdo con la señal modulante.
Diafonía en telecomunicaciones: denominada en inglés Crosstalk (XT), cuando
parte de las señales presentes en uno de ellos, considerado perturbador,
aparece en el otro, considerado perturbado
Diagrama de constelación: también denominado espacio de señal1 es un método de representación en
el plano complejo de
los estados de símbolo en términos de amplitud y fase en los esquemas de modulación digital
tales como QAM o PSK.
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
Modulación por desplazamiento de
amplitud: 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.
16 QAM conocida también como Modulación de amplitud en cuadratura (QAM
por las siglas en inglés de Quadrature amplitude modulation), es un
esquema de modulación análogo y digital mediante la modulación de la señal
transportadora tanto en amplitud como en fase, es una técnica para transportar
datos.
Permite
contar con 16 estados diferentes que están determinados por el número de símbolos
de su diagrama de constelación.
Es
denominada cuadratula debido a que las dos ondas portadoras, por lo
general sinusoides ,
son desfasadas en 90 ° ente si y por lo tanto se llaman vehículos de
cuadratura
o componentes de cuadratura - de ahí el nombre del programa.
Figura 01, en esta figura observamos las dos señales de
cuadratura. http://www.youtube.com/watch?v=-_TWtJsgzlw
en esta dirección encontraras una explicación un poco
más clara.
QAM DIGITAL
En el
caso de QAM digital, se utiliza un número finito de al menos dos fases y al
menos dos amplitudes. Se diseñan Moduladores de PSK utilizando el principio de
QAM, pero no se consideran como QAM ya que es constante desde la amplitud de la
señal portadora modulada. QAM se utiliza ampliamente como un esquema de
modulación digital para sistemas de telecomunicaciones . Arbitrariamente
pueden lograr altas eficiencias espectrales con
QAM mediante el establecimiento de un tamaño de constelación adecuada, limitada
sólo por el nivel de ruido y la linealidad del canal de comunicación.
QAM ANALOGA
Por ello cuando
se transmiten dos señales de modulación con QAM, la señal transmitida será de
la forma:
donde
,
y
son las señales de modulación,
es la frecuencia de la portadora y
es la parte real. En el receptor, estas dos señales de modulación se pueden desmodular usando un demodulador
coherente. Tal receptor multiplica la señal recibida por
separado tanto con una señal coseno o seno para producir las estimaciones recibidas de
y
, respectivamente. Debido a la ortogonalidad característica de las
señales portadoras, es posible detectar las señales de modulación de forma
independiente.
En el caso
ideal
se demodula multiplicando la señal transmitida con una señal coseno:
El
uso estándar identidades trigonométricas , podemos escribir como:
Filtrando en un filtro de paso bajo
elimina los términos de alta frecuencia (que contiene
), dejando sólo el término
. Esta señal filtrada no se ve afectada por
, que muestra que la componente en fase se puede recibir de forma
independiente de la componente en cuadratura. Del mismo modo, podemos
multiplicar
por una onda sinusoidal y filtro de paso bajo para extraer
.
Análisis de Fourier de QAM
En
el dominio de
la frecuencia , QAM tiene un patrón espectral similar a
la OSD-SC modulación. Uso de
las propiedades de la
transformada de Fourier , nos encontramos con que:
donde S ( f ), M I ( f )
y M Q ( f ) son las transformadas de Fourier
(representaciones de dominio de frecuencia)
de s ( t ), I ( t )
y Q ( t ), respectivamente.
QAM CUANTIZADA
Al
igual que muchos esquemas de modulación digital, el diagrama de la
constelación es una representación útil. En QAM, los
puntos de la constelación están generalmente dispuestos en una rejilla cuadrada
con un espaciado vertical y horizontal igual, aunque son posibles otras
configuraciones (por ejemplo, Cruz-QAM). Dado que en telecomunicaciones
digitales los datos son por lo general binarios,
el número de puntos de la cuadrícula es por lo general una potencia de 2 (2, 4,
8, ...). Desde QAM es por lo general cuadrada, algunas de ellas son raras las
formas más comunes son 16-QAM, 64-QAM y 256 QAM. Al cambiar a una
constelación de orden superior, es posible transmitir más bits de cada símbolo . Sin embargo, si la
energía media de la constelación es seguir siendo la misma, los puntos deben
estar más cerca juntos y son por lo tanto más susceptibles a ruido y otras interferencias; esto resulta en una mayor tasa de error de bit y así el orden
de QAM superior puede ofrecer más datos que son menos fiable que QAM de orden
inferior. El uso de QAM de orden superior sin aumentar la tasa de error de
bit requiere una mayor relación
señal-a-ruido (SNR) mediante el aumento de energía de la señal,
la reducción de ruido, o ambos.
Modulador Análogo
Figura 02 modulador análogo
En el esquema se muestra el principio de la modulación QAM analógica.
Las señales de entrada
y
, pasan por moduladores producto separadamente con la misma portadora
que tiene frecuencia de
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 al equipo transmisor. En el caso de las normas de
televisión cromática NTSC y SECAM, estas señales incorporan los pulsos de sincronización y
el audio en el transmisor, con lo cual se completa la señal televisión. Dichos pulsos
permiten mantener la sincronización, tanto en fase como en frecuencia, entre la
señal portadora y la señal del oscilador local del receptor.
Modulador Digital
Figura 03modulador digital.
La anterior figura muestra la estructura ideal de un transmisor QAM con
una portadora de frecuencia
y dos filtros con respuesta en frecuencia
.El flujo de datos que proviene de la fuente
se divide en dos partes, mediante un convertidor
serie-paralelo, las cuales atraviesan dos convertidores
digital-analógico. Las señales pasan después por filtros pasa-bajo y
luego son multiplicadas por la misma portadora, pero esta es desfasada en 90°
en una de las ramas de la figura, tal como ocurre en la QAM Analógica. Este
paso genera las señales
y
que serán transmitidas. Ambas señales son sumadas linealmente y
se envían al canal de transmisión. La señal enviada, se expresa como esta
sumatoria:
Donde
y
son los voltajes a la salida de los multiplicadores para el
símbolo enésimo que está siendo transmitido.
Demodulador
Análogo
Figura 04, demodulador análogo
La señal analógica
es enviada por dos diferentes vías para ser
multiplicada por la señal portadora con diferencias de fase de 90°. Las salidas
de los multiplicadores, denominadas
y
son pasadas por los filtros TP,
adecuadamente diseñados para obtener las señales finales
y
, 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 un lazo de
seguimiento de fase. El
esquema de demodulación básico es mostrado en el diagrama que sigue.
Demodulador
Digital
Figura 05. Demodulador digital.
La señal
se divide en dos vías, en cada una de las cuales es
multiplicada por la señal de un oscilador local con frecuencia
y desfase de 90° en una de ellas. Mediante los filtros
pasa-bajo es posible extraer las señales originales. Finalmente, dos
convertidores analógico a digital son usados como paso previo antes de mezclar
las señales digitales.
En la práctica, existe un retardo de fase desconocido entre el
transmisor y el receptor que debe ser compensado por la sincronización del
oscilador local del receptor. En aplicaciones móviles, siempre existirá una
desviación en frecuencia debido a la posible presencia de un desplazamiento por efecto Doppler proporcional a la
velocidad relativa entre el transmisor y el receptor. Tanto las variaciones de
fase como de frecuencia introducidas por el canal deben ser compensadas
mediante la adecuada sincronización del oscilador local, lo cual requiere una referencia
de fase, y esta tarea se lleva a cabo mediante un lazo de
seguimiento de fase.
Rendimiento QAM cuantificado
Se necesitan las
siguientes definiciones en la determinación de las tasas de error:
·
= Número de símbolos en la constelación de modulación
·
= Energía por
símbolo =
con k bits por símbolo
·
= Ruido densidad espectral de potencia ( W / Hz )
·
= probabilidad de
error de bit
·
= Probabilidad de error de bit por portadora
·
= Probabilidad de símbolos error
·
= Probabilidad de símbolos error por portadora
·
QAM rectangular
Constelaciones QAM
rectangulares es, en general, sub-óptima en el sentido de que no lo hace máximo
el espacio de los puntos de la constelación para una energía dada. Sin embargo,
tienen la ventaja de que pueden ser fácilmente transmitidos como dos pulsos de amplitud
(PAM) en señales portadoras y pueden ser fácilmente demodulada. Las
constelaciones no cuadradas, pueden conseguir una mejor tasa de error de bit
(BER), pero son más difíciles para modular y demodular.
Diagramas de constelación de QAM
Los diagramas de constelación muestran las
diferentes posiciones de los estados dentro de diferentes formas de QAM,
modulación de amplitud en cuadratura. A medida que el orden de los
aumentos de modulación, también lo hace el número de puntos en el diagrama de
la constelación QAM.
Figura 06 diagramas de constelación. Los anteriores diagramas muestran diagramas de constelación para una
variedad de formatos de modulación.
La ventaja de
usar QAM
Esta radica en que es una forma de modulación
de orden superior, y como resultado es capaz de transportar más bits de
información por símbolo.
Mediante la selección de un formato de orden
superior de QAM, la tasa de un enlace de datos se puede aumentar.
MODULACIÓN
|
BITS POR SÍMBOLO
|
SYMBOL RATE
|
BPSK
|
1
|
1 taza de bits x
|
QPSK
|
2
|
Tasa media bits
|
8PSK
|
3
|
Tasa de 1/3 bits
|
16QAM
|
4
|
Tasa de 1/4 bits
|
32QAM
|
5
|
1/5 de la velocidad de bits
|
64QAM
|
6
|
Tasa de 1/6 bits
|
Tabla 01, La tabla presenta un resumen de las
tasas de bits de diferentes formas de QAM y PSK.
Aplicaciones QAM
QAM es usada en varias comunicaciones de radio
y aplicaciones de suministro de datos. Sin embargo, algunas variantes
específicas de QAM se utilizan en algunas aplicaciones y normas específicas.
·
Para aplicaciones de difusión nacionales, por
ejemplo, 64 QAM y 256 QAM se utilizan a menudo en la televisión digital por
cable y aplicaciones de módem de cable.
·
En el Reino Unido, 16 QAM y 64 QAM se utilizan
actualmente para la televisión digital terrestre utilizando DVB - Digital Video
Broadcasting.
·
En los EE.UU., 64 QAM y 256 QAM son los
esquemas de modulación mandato para cable digital normalizada por la SCTE en la
norma ANSI / SCTE 07 2000.
·
Además de esto, las variantes de QAM también se
utilizan para muchas aplicaciones de tecnología inalámbrica y celular.
·
Diseño de modem superiores a 2400bps incluidos
los usados en ADSL
La
información como de sonido (audio), imágenes (vídeo), y los datos digitales
pueden ser transmitido desde un punto a otro mediante ondas de radio
Bibliografías:
