INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LÓPEZ MATEOS

PROFESORES: LUIS ALEJANDRO ITURRI HINOJOSA GABRIELA LEIJA HERNÁNDEZ

DANIEL RODRIGUEZ SALDAÑA

MATERIA

SISTEMAS DE COMUNICACIÓN INALAMBRICOS DE ÚLTIMA GENERACIÓN

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

Señales banda base

Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

8vo Semestre

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

MÉXICO, D.F COL. LINDAVISTA C.P. 07738

Modulador Demodulador Canal de Transmisión Transductor de entrada Transmisor Receptor Transductor de salida Portadora Señal Portadora Modulada (OEM)

Señal banda base digital

Tx

Rx

SISTEMA DE COMUNICACIÓN INALÁMBRICO

Codificador Fuente Codificador de Canal ADC Decodificador Fuente Decodificador de Canal DAC Fuente de: Señal Analógica Estimación de la Señal Analógica

Señal banda base digital MUX TDM Fuente Digital Destino Digital

Camara

a color Filtros Gama Matríz Modulador de

Subportadora Azul Rojo Verde E_R E_A E_V E_R E_A E_V * * * Voltajes Luminancia E_Y * -E_R * E_Y * -E_A * E_Y *

Lente Banda base de _{Señal de video}

Compuesta Camara

a color Filtros Gama Matríz Modulador de

Subportadora Azul Rojo Verde E_R E_R E_A E_A E_V E_V E_R E_R E_A E_A E_V E_V * * * Voltajes Luminancia E_Y * E_Y E_Y * -E_R * - E_Y * E_R * E_R E_R * EEE_{Y Y Y} ** -E_A * - E_Y * E_A * E_A E_A * EEE_{Y Y Y} **

Lente Banda base de _{Señal de video}

Compuesta PSD (Densidad Espectral de Potencia) Frecuencia Luminancia -ER * EY * _{EA * EY *} -EY * Crominancia Modulador de Subportadora NTSC: 3.58 MHz PAL: 4.43 MHz SECAM: 4.25 o 4.40 MHz Modulador de Subportadora 6.6 MHz Sonido B = 2 MHz

Espectro de la Señal Banda Base de TV compuesta

PSD (Densidad Espectral de Potencia) Frecuencia Luminancia -ER * EY * -ER * ER ER * EY *EY EY * _{EA * EY *EA *EA EA * EY *}-- _{EY EY *} EY * EY EY * Crominancia Modulador de Subportadora NTSC: 3.58 MHz PAL: 4.43 MHz SECAM: 4.25 o 4.40 MHz Modulador de Subportadora 6.6 MHz Sonido B = 2 MHz

Espectro de la Señal Banda Base de TV compuesta

MPEG – (MOTION PICTURE EXPERTS GROUP)

ESTÁNDAR DIGITAL PARA LA COMPRENSIÓN DE VIDEO

MPEG MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 Tasa de transmisión (Mbps) 1.86 15 15

Ancho de imagen (pixeles): 352 720 720 Altura de imagen (pixeles): 288 576 576 Imágenes por segundo (ips): 30 30 30

 Codificación de señales de voz.  64Kbps

 Recomendaciones de calidad de la ITU-T: 64 Kbps, 56 Kbps y 32 Kbps (AD-PCM). Estas velocidades no son prácticas para ambientes móviles  Son de interés los codificadores de voz: 8 a 16 Kbps.

• Para ambientes de radio móvil estos podrían ofrecer: calidad y eficiencia espectral satisfactorias, robustez y retardos aceptables de procesamiento

 La siguiente tabla muestra la mayoría de los esquemas de codificación de voz existentes.

Muestreador Cuantizador Codificador

ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CODIFICADOR PCM Modulación por codificación de pulsos

COMPARACIÓN DE SISTEMAS TELEFÓNICOS INALÁMBRICOS

1. Capacidad en número de canales de voz, para una célula aislada 2. La capacidad entre

paréntesis

corresponde a un codificador de 32Kbps. 3. Eficiencia de reuso 4. No. teórico de canales

de voz por célula y 10 MHz

5. No. práctico de canales de voz por 10MHz

Teorema de Capacidad de

Shannon - Hartley

2

log

1

capacity (bits per second)

bandwidth of the modulating baseband signal (Hz)

energy per bit

noise power density (watts/Hz)

Thus

total signal power

total noise

f

E f

W

W

f

W

E

E f

W













_



_

















power

bandwidth use efficiency

= bits per second per Hz

b

f

W



Ejemplos de Eficiencias Espectrales

• Celular Digital GSM

–

Tasa de Datos = 270kb/s; Ancho de banda =

200kHz

–

Eficiencia de Ancho de Banda = 270/200 =

1.35 bits/sec/Hz

• Celular Digital Norte Americano IS

–

Tasa de Datos= 48kb/s; Ancho de Banda = 30kHz

–

Eficiencia de Ancho de Banda = 48/30 =

CRITERIOS PARA ELEGIR EL MÉTODO DE MODULACIÓN

 Eficiencia de potencia. Es decir, una relación Eb/No para una determinada

probabilidad de error de bit

 P(e)=10-2 _{o mayor es requerido para telefonía}

 _P(e)=10-5 _{es requerido para datos}

 Eficiencia de ancho de banda. Es decir, la velocidad de datos por unidad de

ancho de banda

 Desempeño sobre canales con desvanecimiento multitrayectoria y bajo distorsión no lineal de la señal

 Costos y complejidad de implementación

PROBABILIDAD DE ERROR DE BIT DE ALGUNAS TÉCNICAS DE MODULACIÓN DIGITAL Coherente FSK _𝑄 𝐸𝑏 𝑁0 No Coherente FSK 0.5𝑒−0.5𝐸𝑁𝑏0 Coherente PSK _{𝑄 2}𝐸𝑏 𝑁0 Coherente DPSK _{2𝑄 2}𝐸𝑏 𝑁0 1 − 𝑄 2 𝐸𝑏 𝑁0 Diferencial Coherente DPSK 0.5 𝑒𝑥𝑝 − 𝐸𝑏 𝑁0 M-aria PSK 1 log₂𝑀∗ 2𝑄(𝑍) 𝑍 = 𝑠𝑒𝑛 𝜋 𝑀 2 log2𝑀 𝐸𝑏 𝑁0 M-aria QAM 1 log2𝑀∙ 1 − 1 − 𝑃𝑚 2 donde: 𝑃𝑚= 𝑟𝑀𝑒𝑟𝑓𝑐(𝑍) 𝑟𝑀= 1 − 1 𝑀 𝑍 = 3 log2(𝑀)_𝑁𝐸𝑏 0∙ 1 2∙ 1 𝑀 − 1

COMUNICACIÓN DE TERMINALES Terminal A Terminal B Terminal A Terminal B Terminal A Terminal B o Transmisión en cualquier dirección pero no simultáneamente Transmisión en una sola

dirección Transmisión en simultánea en ambas direcciones Simplex Half-duplex Hull-duplex

SISTEMAS DUPLEX

Un sistema de comunicación duplex, consiste de dos dispositivos los cuales pueden tener comunicación uno con otro en ambas direcciones

Existen dos métodos de comunicación duplex:

 Duplex por División de Frecuencia:

 el canal de radio es asignado para cualquiera de las comunicaciones upstream y

downstream, utiliza diferentes frecuencias para las dos señales

 primera tecnología utilizada en los sistemas de comunicaciones hasta la 3G  elimina las interferencias de otras celdas a la celda de servicio

 Duplex por División de Tiempo:

• un canal es utilizado para ambas comunicaciones upstream y downstream

• es una tecnología de mayor eficiencia espectral, pero ha tenido poco uso debido a problemas de interferencia y cobertura