Análisis cuantitativo del ruido en sistemas de modulación digital ASK, FSK y BPSK

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(1)UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN. TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN TELEINFORMÁTICA. ÁREA TECNOLOGÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES. TEMA “ANÁLISIS CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN DIGITAL ASK, FSK Y BPSK”. AUTOR VÉLEZ AGUA JOSÉ ABEL. DIRECTOR DEL TRABAJO ING. TELEC. ORTÍZ MOSQUERA NEISER STALIN, MG.. 2018 GUAYAQUIL – ECUADOR.

(2) ii. DECLARACIÓN DE AUTORÍA “La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación, me corresponde exclusivamente; y el patrimonio Intelectual del mismo a la Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil”. VÉLEZ AGUA JOSÉ ABEL C.C 0929454551.

(3) iii. DEDICATORIA. Mis abuelitos, Bernardo Vélez & Tomasa Tabarez por haberme brindado todo el apoyo, cariño, consejo y tiempo.. Mis padres, Lupe Agua & Nixon Vélez por ayudarme a cumplir mis metas y obtener todo mis logros.. Mis hermanos, por estar en los momentos más difíciles de mi vida, en especial mi hermana Ligia Vélez.. Esto es posible gracias a ustedes..

(4) iv. AGRADECIMIENTO. Agradezco primeramente a Dios por brindarme la vida, salud y permitirme llegar a la universidad y poder alcanzar mis metas, porque los conocimientos que he obtenido son gracias a la inteligencia y la familia con la que me bendijo.. A mis abuelitos y padres, porque siempre estuvieron motivándome y dando todo su apoyo necesario a lo largo de mi vida, forjarme como la persona que soy en la actualidad.. A mi Tutor el Ing. Telec. Ortíz Mosquera Neiser Stalin, por la confianza brindada y enseñarme que la universidad es el comienzo de mi vida como profesional y desarrollar la capacidad del auto-aprendizaje..

(5) v. ÍNDICE GENERAL. N°. Descripción. Pág.. INTRODUCCIÓN. 1. CAPÍTULO I EL PROBLEMA. N°. Descripción. Pág.. 1.1. Planteamiento del Problema.. 2. 1.1.1. Formulación del Problema.. 4. 1.1.2. Sistematización del Problema.. 4. 1.2. Objetivos Generales y Específicos.. 5. 1.2.1. Objetivos Generales.. 5. 1.2.2. Objetivos Específicos.. 5. 1.3. Justificación e Importancia.. 5. 1.4. Delimitación.. 6. 1.5. Hipótesis.. 7. 1.5.1. Hipótesis General.. 7. 1.5.2. Hipótesis Particulares.. 7. 1.5.3. Variable Independiente (Hipótesis General). 7. 1.5.4. Variable Dependiente.. 8. 1.5.5. Variables Empíricas de la Variable Independiente (VEVI):. 8. 1.5.6. Tipo de Estudio.. 8. 1.6. Operacionalización.. 10.

(6) vi. CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO. N°. Descripción. Pág.. 2.1. Antecedente.. 12. 2.2. Marco Teórico.. 14. 2.2.1. Laboratorios de Ingeniería.. 14. 2.2.2. MATLAB.. 15. 2.2.3. NI ELVIS II PLUS.. 18. 2.2.3.1. Composiciones del NI Elvis II Plus.. 19. 2.2.3.2. Conexiones del NI Elvis II Plus.. 22. 2.2.3.3. Launcher del NI ELVISmx3.. 23. 2.2.4. Arduino. 23. 2.2.4.1. Arduino UNO.. 24. 2.2.5. Circuito Integrado AD633.. 26. 2.2.6. Amplificador Operacional UA741.. 27. 2.2.7. Comparador LM311.. 29. 2.3. Marco Conceptual.. 30. 2.4. Marco Legal.. 31. CAPÍTULO III METODOLOGÍA. N°. Descripción. Pág.. 3.1. Enfoque de la Investigación.. 33. 3.1.1. Metodología Bibliográfica.. 33. 3.1.2. Metodología Experimental. 34. 3.1.3. Metodología Descriptiva.. 34.

(7) vii. N°. Descripción. Pág.. 3.2. Población y Muestra.. 35. 3.2.1. Selección de la Muestra.. 36. CAPÍTULO IV DESARROLLO DE LA PROPUESTA. N°. Descripción. 4.1. Desarrollo. 37. 4.2. Implementación de las prácticas. 38. 4.2.1. Sistemas Modulación ASK. 38. 4.2.1.1. Demodulador ASK. 40. 4.2.2. Sistemas Modulación FSK. 41. 4.2.2.1. Demodulador FSK. 43. 4.2.3. Sistemas Modulación BPSK. 44. 4.2.3.1. Demodulador BPSK. 46. 4.2.4. Probabilidad De Error en Sistemas De Comunicación Digital. 4.2.5. Pág.. 47. Implementación de los Sistema Moduladores Digitales en el Generador Arbitrario del NI Elvis II Plus. 4.2.6. 52. Implementación del Demodulador Usando el NI Elvis II Plus. 53. 4.2.6.1. Circuito Demodulador ASK. 53. 4.2.6.2. Circuito Demodulador FSK. 54. 4.2.6.3. Circuito Demodulador BPSK. 55. 4.2.7. Cuantificación de Ruido en los Sistemas Modulación Digital. 56.

(8) viii. N°. Descripción. 4.2.7.1. Diseño del Sistema Cuantificador Basado en. Pág.. Modelos de Simulink. 58. 4.3. Control y Monitoreo del Tiempo. 71. 4.4. Resultado de las Prácticas Realizadas. 73. 4.4.1. Resultados de la Implementación del Demodulador ASK. 4.4.2. Resultados de la Implementación del Demodulador FSK. 4.4.3. 76. Resultados de la Implementación del Demodulador BPSK. 4.4.4. 73. 81. Análisis de los Resultados en las Implementaciones de Demoduladores Digitales. 84. 4.5. Desarrollo de Encuesta. 85. 4.5.1. Pre-encuesta. 85. 4.5.2. Post-encuesta. 96. 4.5.3. Análisis de Encuesta. 106. 4.6. Análisis de la Hipótesis. 107. 4.7. Conclusiones y Recomendaciones. 109. 4.7.1. Conclusiones. 109. 4.7.2. Recomendaciones. 110. ANEXOS. 112. BIBLIOGRAFÍA. 182.

(9) ix. ÍNDICE DE TABLAS. N°. Descripción. Pág.. 1. Operacionalización.. 10. 2. Especificaciones de Arduino Uno R3.. 25. 3. Monitoreo del Tiempo en la Implementación Guías. 72. 4. Implementación del Sistema Demodulador ASK.. 73. 5. Implementación del Sistema Cuantificador de Ruido. 75. 6. Implementación del Sistema Demodulador FSK.. 76. 7. Implementación del Sistema Cuantificador de Ruido. 80. 8. Implementación del Sistema Demodulador BPSK.. 81. 9. Implementación del Sistema Cuantificador de Ruido.. 83. 10. Fundamentación Teórica Dentro de la Formación Académica.. 86. 11. Conocimiento Sobre el Uso de Equipos de Medición.. 87. 12. Optimización de Tiempo en Prácticas.. 88. 13. Plataforma Modular de Gran Utilidad en Prácticas de Laboratorio.. 14. Capacitación. 89 en. el. Uso. de. Herramientas. Tecnológicas. 15. 90. Herramientas Necesarias en el NI Elvis II Plus para Disminuir el Tiempo en Prácticas.. 91. 16. Utilidad de MatLab en el Desempeño Académico.. 92. 17. Capacitado en Diseñar Sistema Cuantificador en MatLab.. 18. 93. Importancia de la Fundamentación Teórica Antes de La Práctica.. 94.

(10) x. N°. Descripción. Pág.. 19. Medición de Tiempo en la Realización de Prácticas.. 21. Las Prácticas Ayudaron en la Compresión de los. 95. Temas Impartidos en Clases.. 96. 22. NI Elvis II Plus es de un Fácil Uso en las Prácticas.. 97. 23. Guías de Laboratorio Utilizada en Práctica Fue Completa.. 24. 98. NI Elvis Tiene las Herramienta Necesaria Para la Modulación Digital.. 25. 99. Nivel de Dificultad al Introducir Ruido en la Modulación Digital.. 26. 100. Optimización del Tiempo en las Prácticas con la Incorporación de MatLab y Arduino.. 27. 101. Nivel de Dificultad que Tuvo la Implementación de los Demoduladores Digitales.. 28. La. Cuantificación. 102. Ayudó. Afectaciones del Ruido. a en. Comprender los. las. Sistemas de. Comunicación. 28. La Incorporación de Nuevas Plataforma Contribuya al Desarrollo de Prácticas en Laboratorio.. 29. 103. 104. La Adecuación del Laboratorio Ayudará a la Re Categorización de la Facultad.. 105. 30. Cuadro Comparativo de las Preguntas 5, 8, 7 Y 10.. 106. 31. Cuadro Comparativo de las Preguntas 6 Y 8.. 107. 32. Resultado de la Hipótesis.. 109.

(11) xi. ÍNDICE DE FIGURAS. N°. Descripción. Pág.. 1. Estudiantes Matriculas en Ingenierías y Ciencias.. 15. 2. Blank Model de Simulink.. 16. 3. Conjunto Bloques de la Librerías de Simulink.. 17. 4. Herramientas que Integran un Elvis.. 19. 5. Plataforma del NI Elvis.. 20. 6. Placa de Prototipo del NI Elvis.. 20. 7. Placa de Prototipo del NI Elvis.. 21. 8. Conexión del NI Elvis al PC.. 22. 9. Launcher del NI Elvismx.. 23. 10. Arduino Uno Rev3.. 25. 11. CI AD633JN.. 26. 12. Configuración Interna del Integrado AD633.. 27. 13. Configuración Interna del Integrado UA741.. 28. 14. Circuito Integrado UA741.. 28. 15. Circuito Integrado LM311.. 29. 16. Configuración Interna del Integrado LM311.. 29. 17. Desarrollo de Práctica en el Laboratorio de Networking.. 37. 18. Diagrama de Bloque del Modulador ASK.. 39. 19. Señales que Intervienen en un Sistema Modulador ASK.. 20. 21. 39. Diagrama de Bloque del Demodulador Coherente ASK.. 41. Diagrama de Bloque del Modulador FSK.. 42.

(12) xii. N°. Descripción. Pág.. 22. Señales que Intervienen en un Sistema Modulador FSK.. 23. 42. Diagrama de Bloque del Demodulador no Coherente FSK.. 44. 24. Diagrama de Bloque del Modulador BPSK.. 45. 25. Señales que Intervienen en un Sistema Modulador BPSK.. 26. 45. Diagrama de Bloque del Demodulador Coherente BPSK.. 46. 27. Probabilidad de Error Para Señales Binarias.. 48. 28. Circuito. Demodulador. ASK. Coherente. a. Implementar. 29. Circuito. Demodulador. 53 FSK. no. Coherente. a. Implementar. 30. Circuito. Demodulador. 54 BPSK. Coherente. a. Implementar.. 55. 31. Señal Moduladora Desplazada en el Plano Positivo.. 57. 32. Directorio de Ejecución del Sistema Cuantificador.. 58. 33. Barra de Herramienta de MatLab.. 59. 34. Pestaña de Inicio de Simulink.. 59. 35. Página de Inicio del Blank Model.. 60. 36. Barra de Herramienta de Simulink.. 60. 37. Pestaña con las Librerías de Simulink.. 61. 38. Configuración de los Parámetros del Bloque de Arduino.. 61. 39. Bloques de Entrada Señales en los Pines 9 y 10.. 62. 40. Configuración de Bloque de Ganancia.. 63. 41. Configuración de Bloque de la Calculadora de Error.. 63. 42. Selección del Botón de Propiedades de Scope.. 64. 43. Configuración de las Propiedades del Scope.. 64.

(13) xiii. N°. Descripción. Pág.. 44. Vista de Resultados del Scope.. 65. 45. Bloque del Display.. 65. 46. Diagrama del Sistema Cuantificador de Ruido.. 66. 47. Configuración de la Tarjeta de Adquisición de Datos.. 67. 48. Configuración de la Tarjeta de Adquisición de Datos.. 67. 49. Guardar el Modelo de Cuantificación.. 68. 50. Esquema de Conexión del Arduino Uno.. 69. 51. Configuración de los Parámetros de Simulación.. 60. 52. Ejecución del Sistema Cuantificador de Ruido.. 70. 53. Ventana de Herramienta de Scope.. 70. 54. Ejecución del Sistema Cuantificador de Ruido.. 71. 55. Estudiantes Realizando las Prácticas.. 72. 56. Fundamentación Teórica Dentro de la Formación Académica.. 86. 57. Conocimiento Sobre el Uso de Equipos de Medición.. 87. 58. Optimización de Tiempo en Prácticas.. 88. 59. Plataforma Modular de Gran Utilidad en Prácticas de Laboratorio.. 60. Capacitación. 89 en. el. Uso. de. Herramientas. Tecnológicas. 61. 90. Herramientas Necesarias en el NI Elvis II Plus para Disminuir el Tiempo en Prácticas.. 91. 62. Utilidad de MatLab en el Desempeño Académico.. 92. 63. Capacitado en Diseñar Sistema Cuantificador en MatLab.. 64. 93. Importancia de la Fundamentación Teórica Antes de La Práctica.. 94. 65. Medición de Tiempo en la Realización de Prácticas.. 95. 66. Las Prácticas Ayudaron en la Compresión de los Temas Impartidos en Clases.. 96.

(14) xiv. N°. Descripción. Pág.. 67. NI Elvis II Plus es de un Fácil Uso en las Prácticas.. 68. Guías de Laboratorio Utilizada en Práctica Fue Completa.. 97. 98. NI Elvis Tiene las Herramienta Necesaria Para la 69. Modulación Digital.. 99. Nivel de Dificultad al Introducir Ruido en la 70. Modulación Digital.. 100. Optimización del Tiempo en las Prácticas con la 71. Incorporación de MatLab y Arduino.. 101. Nivel de Dificultad que Tuvo la Implementación de los 72. Demoduladores Digitales. La. 73. Cuantificación. 102. Ayudó. Afectaciones del Ruido. a en. Comprender los. las. Sistemas de. Comunicación.. 103. La Incorporación de Nuevas Plataforma Contribuya 74. al Desarrollo de Prácticas en Laboratorio.. 104. La Adecuación del Laboratorio Ayudará a la Re 75. Categorización de la Facultad.. 105.

(15) xv. ÍNDICE DE ANEXOS. N°. Descripción. 1. Guías de Laboratorio del Sistema de Cuantificación de Ruido en la Modulación Digital ASK.. 2. 127. Guías de Laboratorio del Sistema de Cuantificación de Ruido en la Modulación Digital BPSK.. 4. 113. Guías de Laboratorio del Sistema de Cuantificación de Ruido en la Modulación Digital FSK.. 3. Pág.. 142. Anexos de las Guías de las Modulación Digital ASK, FSK Y BPSK.. 156. 5. Formato de la Pre-encuesta.. 175. 6. Formato de la Post-encuesta.. 177. 7. Fotos Durante las Prácticas de Laboratorio.. 180.

(16) xvi. AUTOR: TÍTULO:. VÉLEZ AGUA JOSÉ ABEL. “ANÁLISIS CUANTITATIVO DEL RUIDO EN SISTEMAS DE MODULACIÓN DIGITAL ASK, FSK Y BPSK”. DIRECTOR: ING. TELEC. ORTIZ MOSQUERA NEISER STALIN, MG.. RESUMEN La incorporación de nuevas plataforma tecnológica como MatLab y tarjeta de adquisición de datos en los laboratorio es fundamental en el desarrollo académico estudiantil dentro de las aulas de clases, permitiendo mejorar la metodología de enseñanza y la formación de profesionales de excelencia. Este proceso investigativo tiene como objetivo, demostrar la importancia que tienen las prácticas de laboratorio en la carrera de Ingeniería en Teleinformática de la facultad de Ingeniería Industrial mediante la implementación sistemas de modulación digitales ASK, FSK y BPSK, con sus respectivo análisis cuantitativo del ruido en MatLab, para cada uno de los sistemas de modulación. Para el cumplimiento del objetivo de este trabajo de investigación se realizará prácticas de laboratorio utilizando el equipo de medición NI Elvis II Plus que permite implementar los circuitos demoduladores en su placa protoboard, la integración de MatLab y arduino, donde estas plataformas tecnológica permite realizar el análisis cuantitativo del ruido mediante la realización de un esquema en Simulink y la adquisición de datos mediante la tarjeta de arduino. En la implementación de estas prácticas se facilitará guías de laboratorio que ayudarán como material de apoyo para la implementación de estas prácticas y así poder complementar la teoría explicada con anterioridad.. PALABRAS CLAVES:. MatLab, Ruido, Arduino, NI Elvis II Plus, Cuantificación, Modulación Digital.. Vélez Agua José Abel.. Ing. Telec. Ortiz Mosquera Neiser, Mg.. C.C. 0929454551. Director del Trabajo.

(17) xvii. AUTHOR: TOPIC:. VÉLEZ AGUA JOSÉ ABEL. “QUANTITATIVE ANALYSIS OF NOISE IN ASK, FSK AND BPSK DIGITAL MODULATION SYSTEMS”. DIRECTOR: TE ORTIZ MOSQUERA NEISER, MG. ABSTRACT The incorporation of new technological platforms such as MatLab and data acquisition card in the laboratory are fundamental in the academic student development within the classrooms, allowing to improve the teaching methodology and the training of excellent professionals. This research process aims to demonstrate the importance of laboratory practices in the career of Engineering in Teleinformatics of the Faculty of Industrial Engineering through the implementation of ASK, FSK and BPSK digital modulation systems, with their respective quantitative analysis of noise in MatLab, for each of the modulation systems. For the fulfillment of the objective of this research work, laboratory practices will be carried out using the measuring equipment name NI Elvis II Plus that allows the implementation of the demodulator circuits in its protoboard, the integration of MatLab and arduino, where these technological platforms allow the quantitative analysis of the noise to be carried out by performing a scheme in Simulink and data acquisition using the arduino card. In the implementation of these practices will be provided laboratory guides that will help as support material for the implementation of these practices and thus be able to complement the theory previously explained.. KEYWORDS:. MatLab, Noise, Arduino, NI Elvis II Plus, Quantification, Digital Modulation.. Vélez Agua José Abel.. TE Ortiz Mosquera Neiser, Mg.. ID. 0929454551. Director of Work.

(18) INTRODUCCIÓN. El ruido se puede definir como una señal no considerada dentro de los sistemas de telecomunicaciones, sobre el cual no se puede tener control y se vuelve una necesidad de analizarlo; esta interferencia se mezcla con la señal modulada provocando interrupciones en el sistema y fallos en la señal de información.. La implementación de sistemas moduladores y demoduladores digitales ASK, FSK y BPSK con presencia y ausencia de ruido permite el estudio sobre el comportamiento y nivel de afectación del ruido.. Con el desarrollo de nuevas plataformas tecnológicas es importante la formación de profesionales competentes en el campo de la ingeniería, con la preparación de los estudiantes en el laboratorio de investigación debido a que hace posible la ampliación y búsqueda de nuevos conocimientos.. El laboratorio es un área destinada a la ejecución de experimentos prácticos donde previamente es recibida una explicación teórica por parte del tutor académico, con la finalidad de comparar los conocimientos teóricos vs los prácticos y con el objetivo de brindar una mejor enseñanza.. Este trabajo de investigación tiene como propósito realizar la cuantificación del ruido en las modulaciones digitales ASK, FSK y BPSK, con la integración de plataformas tecnológicas como MatLab y tarjeta de adquisición de datos (Arduino), Estas herramientas tecnológicas trabajan en conjunto con los equipos que posee el laboratorio de la carrera de Ingeniería en Teleinformática, con el fin de optimizar el aprendizaje mediante la incorporación de guías de laboratorio..

(19) CAPÍTULO I EL PROBLEMA.. 1.1. Planteamiento del Problema. Con la aparición de las nuevas tecnologías es de suma importancia la preparación de los estudiantes de ingeniería en el laboratorio de investigación y desarrollo, así como la instrucción teórica en el progreso académico.. La realización de las actividades en el laboratorio hacen posible la ampliación y búsqueda de nuevos conocimientos del estudiante con la realización de pruebas de laboratorio frente a problemas teóricos presentados en el desarrollo de la materia, ayudando a la enseñanza y contribuyendo en el progreso personal y profesional para un excelente desempeño en un entorno práctico aportando destrezas y habilidades en donde la práctica refleja la comprensión y solución de ejercicios expuestos con la adquisición de resultados reales.. El aprendizaje teórico-práctico en el proceso académico es apropiado para la comprensión de conceptos teóricos ya que permite la familiarización de sucesos dentro de la práctica de laboratorio; hacer frente a la variedad de hipótesis; la búsqueda de información y a la adaptación con equipos tecnológicos de ingeniería, basándose en el desarrollo práctico el cual está relacionada con la teoría previamente analizada mediante un procesos matemáticos y así realizar la comparación de resultados entre la teoría y la práctica experimental realizada por el estudiante con la ayuda de los diversos equipos electrónicos digitales, en donde se puede comprobar la veracidad entre información teórica y práctica lográndose un mayor entendimiento..

(20) El problema 3. Para los sistemas de modulación unos de los puntos que se debe considerar es el ruido ya que está presente en cualquier tipo, sea analógico o digital el cual se describe en una señal no considerada dentro de los sistemas de telecomunicaciones, sobre los cuales no se puede tener un control y se vuelve una necesidad de analizar, sin embargo la complejidad y el alto costo de los sistemas de modulación y demodulación limita considerablemente el estudio del ruido e interferencia, debido a que los estudiantes no dispone de los equipos necesarios para construirlo, adicionalmente esto conlleva un alto tiempo en el diseño y la fabricación del circuito.. Con todos los problemas planteados el presente proyectos desea mejorar y reducir el tiempo de las prácticas en el laboratorio, con el uso de una herramienta tecnológica a través de tarjetas de adquisición de datos y/o el software. Con el propósito que los estudiantes puedan obtener los resultados con más precisión facilitando el análisis de las simulaciones y comprobar que se asemeje al comportamiento de un sistema real.. Para lograr estos requerimientos se ha seleccionado MATLAB como herramienta del procesamiento de señales y NI Elvis II Plus como herramienta de medición e implementación en laboratorio. La primera ofrece herramientas adicionales que permiten extender sus prestaciones, además de contar con una alta capacidad en las simulaciones; mientras que la segunda posee una alta fiabilidad en los resultados procedentes de los circuitos electrónicos implementados por los estudiantes.. En la actualidad estas herramientas y equipos incorporan los componentes necesarios para la medición, ya que son tecnología muy conocida a nivel mundial, debido a que otorga una alta fiabilidad en la precisión de los resultados obtenidos en los experimentos desarrollados en los laboratorios de telecomunicaciones, permitiendo a los estudiantes intuir el uso de estas herramientas en cada una de las practica desarrolladas..

(21) El problema 4. 1.1.1. Formulación del problema. La problemática de esta investigación recae en la cuantificación del ruido en los circuitos de modulación digital implementados en las asignaturas de simulación de sistema y reducir el tiempo de desarrollo en las prácticas de laboratorio.. ¿El uso de la tarjeta de adquisición de datos, NI Elvis II Plus y MatLab permitirá el análisis del ruido en los sistemas de modulación digital y optimizar el uso del tiempo?. 1.1.2. Sistematización del problema . ¿Mejorará el aprendizaje en las prácticas de laboratorio con el uso de herramientas como MatLab, NI Elvis II Plus y tarjeta de adquisición de datos?. . ¿Tendrán inconvenientes los estudiantes en adaptarse a la integración de las nuevas herramientas tales como MatLab y tarjeta de adquisición de datos?. . ¿Tendrá alguna dificultad en la utilización o manipulación de estas herramientas?. . ¿Posee algún grado de efectividad el desarrollo de esta actividad, para que el estudiante asimile la verificación entre el aprendizaje teórico y los datos obtenidos en las prácticas?. . ¿Quiénes determinarán el nivel de efectividad y aprobación en las prácticas de laboratorio empleando el MatLab, NI Elvis II Plus y tarjeta de adquisición de datos?. . ¿Ayudará a los estudiantes comprender el funcionamiento de lo desarrollado en las prácticas y utilizar estos conocimientos en el campo laboral?.

(22) El problema 5. 1.2. Objetivos generales y específicos. 1.2.1. Objetivo General. Realizar un análisis cuantitativo del ruido en los sistemas de modulación digital ASK, FSK, BPSK.. 1.2.2. Objetivos Específicos. 1.. Analizar el comportamiento del ruido en los sistemas digitales ASK, FSK, BPSK.. 2.. Diseñar el sistema cuantificador de ruido en el software matemático MATLAB de las demodulaciones ASK, FSK, BPSK.. 3.. Implementar el sistema cuantificador en los diferentes tipos de modulaciones digitales.. 4.. Crear una guía de laboratorio para la realización de la práctica sobre el “Estudio del Ruido en los Sistemas de modulación Digital”.. 5.. Encuestar estudiantes del uso de la guía e implementación de la práctica.. 6.. Evaluar los resultados de la encuesta.. 1.3. Justificación e Importancia. El modelo de enseñanza teórico-práctico le permite combinar los conocimientos teóricos adquiridos con los prácticos, con el manejo de nuevas tecnologías para el aprendizaje..

(23) El problema 6. La importancia del ruido en los diferentes tipos de sistemas de modulaciones digitales hace necesario el estudio del comportamiento e influencia que puede llegar a tener en los sistemas y a su vez el estudiante pueda entender de forma clara sus características para lograr contrarrestar las afectaciones a los diferentes sistemas de modulaciones.. La utilización de las nuevas tecnologías resulta muy favorable en el desarrollo de las prácticas ya que se obtiene mejores resultados en la implementación del mecanismo pedagógico hacia al estudiante en los laboratorios de la Carrera de Ingeniería en Teleinformática. Las herramientas como MATLAB y la tarjeta de adquisición de datos, que combinan la utilización de hardware y software optimizando tiempo y familiarizando al estudiante con equipos que ayudaran a su desarrollo académico y profesional, de esta forma analizar en cualquier momento el comportamiento de los sistemas de modulaciones y lograr la solución de problemas que se puedan encontrar.. 1.4. Delimitación. El presente trabajo de investigación se lleva a cabo en el laboratorio de Networking de la Facultad de Ingeniería Industrial, carrera Ingeniería en Teleinformática de la Universidad de Guayaquil.. De acuerdo con la tesis el estudio está dirigido hacia el desarrollo de las prácticas de laboratorios utilizando los equipos de medición que posee la carrera de ingeniería en Teleinformática, como es el caso de la herramienta de NI Elvis II Plus y la incorporación de nuevas plataforma como MATLAB y tarjeta de adquisición de datos (Arduino); para un amplio estudio sobre la presencia de ruido en los sistema de modulación digital y realizar la cuantificación del mismo; generando guías de implementación que facilite el aprendizaje por parte de estudiante de la materia de simulación de sistema, el cual se podrá medir mediante la realización de.

(24) El problema 7. encuesta antes y después de la implementación de las prácticas detallada en las guías de laboratorios.. 1.5. Hipótesis. 1.5.1. Hipótesis General. La implementación de guías prácticas sobre el análisis cuantitativo de ruido en los sistemas de modulación digital utilizando MATLAB, NI ELVIS II Plus y tarjeta de adquisición de datos, realizadas mediante las prácticas en los laboratorios permite mejorar la metodología de enseñanza teórica-práctica.. 1.5.2. Hipótesis Particulares.. El presente trabajo investigativo tiene como finalidad equiparar los conocimientos teóricos y prácticos mediante el desarrollo de prácticas de laboratorio con el objetivo de brindar un mejor proceso de enseñanza.. Para la cuantificación de ruido en los sistemas de modulación digitales se generarán guías de laboratorio que permitirán el desarrollo prácticos en la materia de Simulación de Sistemas.. Mediante la realización de encuesta antes y después del desarrollo de la metodología teórica-práctica ayudará a optimizar el proceso de aprendizaje con la incorporación de guías prácticas de laboratorio.. 1.5.3. Variable Independiente (Hipótesis General).. La complementación de la metodología de aprendizaje que integre el estudio teórico y práctico en la cuantificación de ruido de los sistemas de.

(25) El problema 8. modulación digital usando el MATLAB, NI ELVIS II Plus y tarjeta de adquisición de datos.. 1.5.4. Variable Dependiente.. La elaboración de procesos para la implementación de prácticas sobre el estudio de ruido en los sistemas de modulación digital en los laboratorios de la facultad de ingeniería industrial.. 1.5.5. Variables Empíricas de la Variable Independiente (VEVI): . La aceptación por parte de los estudiantes a la metodología teórica-práctica para mejorar el aprendizaje académico.. . La similitud entre los resultados obtenidos en la cuantificación del ruido en los sistemas propuestos.. . La disminución en el uso del tiempo para el desarrollo en las prácticas de laboratorio.. . La satisfacción de los estudiantes sobre el uso de nuevas plataforma tecnológica para el desarrollo de las practica de laboratorio.. 1.5.6. Tipos de Estudio. Para el enfoque de este trabajo de investigación se tomará en cuenta los siguientes tipos de estudio:. 1). Bibliográfico Compilación de artículos de revista, trabajos investigativos, documentos, libros, etc. Que binde la información requerida y que contengan afinidad sobre el tema..

(26) El problema 9. 2). Exploratorio. Reunir la información que faciliten el desarrollo de este trabajo de investigación y a la familiarización con las variables que intervienen en el mismo.. 3). Descriptivo. Especificar. las. metodologías. a. emplearse,. facilitando. el. cumplimiento de los logros en los objetivos propuestos al principio de esta tesis.. 4). Confirmativo. Terminado con los estudios, se determinará una respuesta positiva o negativa acorde a la hipótesis planteada en este trabajo de investigación.. 5). Experimental. Mediante la experimentación científica se determinará la certeza de la hipótesis, indagando los factores que intervienen en la realización de la misma.. 6). Investigativo. Las actividades investigativa permiten analizar los recursos que se utilizan con el fin de planificar la recopilación de información que ayude a determinar los requerimientos necesarios para el trabajo de investigación..

(27) El problema 10. 1.6. Operacionalización. TABLA N° 1 OPERACIONALIZACIÓN. Objetivos Generales: Realizar un análisis cuantitativo del ruido en los sistemas de modulación digital ASK, FSK, BPSK Objetivos Variables Específicos a) Analizar el Información.  Internet. comportamiento del.  Libros. ruido. en. sistemas. Dimensión. Indicador  Número. Citas. Bibliográficas. los. digitales. ASK, FSK, BPSK..  Número. de. horas. de. Investigación  Número referencias bibliográficas. b). Diseñar. sistema. cuantificador. cuantificador. matemático. de. modulación de.  Grado. MatLab. dificultad. de de ruido en  Software. ruido en el software sistema. MATLAB.  Software. el Sistema. las ASK, FSK y. demodulaciones. BPSK.. ASK, FSK, BPSK..  Minutos.  Circuito. empleados en la ejecución. demodulador FSK. y. BPSK.. c) Implementar el Cuantificación  Ni Elvis II Plus sistema. de ruido.. cuantificador en los Tiempo diferentes tipos de modulaciones digitales.. de. implementación.. Multisim. ASK,. de. de. prácticas.  Nivel. de. similitud en los.  Simulink. resultados.  Arduino. obtenidos..

(28) El problema 11. d) Crear una guía Comparación  Estudiantes de laboratorio para de. los. de. entendimiento.  Grado. la realización de la resultados. práctica.  Nivel. sobre el. de. satisfacción.. “Estudio del Ruido en los Sistemas de modulación Digital”. e). Encuestar Aceptación.. estudiantes del uso de. la. guía.  Encuesta.  Grado. de. aceptación.. e Satisfacción.. implementación de la práctica. f). Evaluar. resultados. de. los la. encuesta. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel.  Grado Satisfacción. de.

(29) CAPTULO II MARCO TEORICO. 2.1. Antecedentes.. Con la aparición de nuevas metodologías y la aplicación de nuevas tecnología que faciliten el desarrollo de prácticas de modo que aumente el proceso de enseñanza en las instituciones educativas haciendo que los estudiantes formen nuevos conocimientos que puedan contribuir a la aparición de nuevas tecnológicas. Según (CARLOS JAVIER INTRIAGO MACÍAS, 2015) indica que “El laboratorio es un lugar dotado de los medios necesarios para realizar investigaciones, experimentos, prácticas y trabajos de carácter científico, tecnológico o técnico”.. La utilización de los laboratorios de simulación aumenta el rendimiento de aprendizaje del estudiante, una práctica bien empleada en muchas instituciones permite desarrollar a su colectividad estudiantil habilidades en diversas áreas de estudio.. La necesidad de una área destinada para el desarrollo de prácticas, trabajo de investigación, etc., donde los estudiantes puedan interactuar con herramientas especializadas para la implementación de a metodología teórica-práctica.. El desarrollo de prácticas experimentales desde hace mucho tiempo ha ayudado a la enseñanza teórica de cualquier área de estudio, es uno de aspectos considerado clave en el progreso de aprendizaje en cuanto despierta la curiosidad del estudiante, ayudando a solucionar problemas.

(30) Marco Teórico 13. con habilidades y destreza. Según (Castillo, 2013) indica en su investigación “Cuando un profesional ingeniero se enfrenta con el proceso de diseño, está conceptualizando y realizando sistemas en el contexto de las restricciones del mundo real.”. Las. universidades. del. país. buscan. nuevas. herramientas. tecnológicas para brindar la excelencia académica a sus estudiantes y la búsqueda de una educación de calidad, implementando nuevos sistemas de aprendizaje con equipos tecnológicos que ayuden a desenvolverse en las prácticas de laboratorio.. El docente como parte importante está implicado en esta situación ya que tiene la posibilidad de modernizar sus cátedras con el fin de mejorar la comprensión del estudiante, debido a que la ejecución de estas prácticas generará una mayor colaboración, elevando el nivel de actividades en clases. Según (Sampallo, 2011) indica que “El trabajo práctico de laboratorio puede ayudar al alumno, además de desarrollar un vasto número de destrezas básicas y herramientas de la Física experimental y del tratamiento de datos, a manejar conceptos básicos.” Con esto se sugiere que el alumno tenga la capacidad de distinguir entre los datos teóricos y los datos prácticos.. Con los antecedentes investigativos este trabajo pretende enseñar que la teoría se debe complementar con el desarrollo de prácticas de laboratorios con herramientas de medición y la inserción de nuevas plataformas tecnológica que ayude al docente a mejorar el rendimiento de los. estudiantes y fortaleciendo. sus conocimientos permitiéndoles. desenvolverse en el ámbito profesional..

(31) Marco Teórico 14. 2.2. Marco Teórico. 2.2.1. Laboratorio de Ingeniería. El laboratorio es un área en donde se realizan experimentaciones prácticas previamente recibida la explicación teórica, la importancia de este lugar de trabajo dentro de las universidades no se puede omitir debido a que otorga una experimentación y descubrimiento de nuevas habilidades para los estudiantes en los laboratorios y solo se basan en los datos del libro sino también con datos adquiridos de las prácticas.. En la realización de investigaciones mediante las prácticas ofrecen un mejor desarrollo de las aptitudes. Según (Guadalupe Laura Flores Negrete, 2017), dice que “el trabajo práctico que proporciona un laboratorio permite la experimentación, descubrimiento y comprobación de los libros”.. En el ámbito de la ingeniera en telecomunicaciones los laboratorios forman un papel importante ya que permite la formación de mejores profesionales, por lo tanto en el campo laboral se debe aplicar los conocimientos teóricos y prácticos adquiridos el proceso estudiantil. Según (LUGO, 2014), indica que “Dados los constantes cambios en la industria, el ingeniero también debe ser competente para trabajar, no sólo como parte de un equipo, sino también que posea los conocimientos prácticos y teórico para ingeniar soluciones revolucionarias, todo esto mediante la adquisición de experiencias gracias al desarrollo de prácticas de laboratorio”.. En los últimos años las carreras de ingenierías y afines están presentado un incremento significativo de estudiante en las aulas clases y por lo tanto se tiene que considerar el equipamiento de los laboratorios con nuevas plataformas tecnológicas..

(32) Marco Teórico 15. FIGURA N° 1 ESTUDIANTES MATRICULAS EN INGENIERÍAS Y CIENCIAS. Entre el 2012 y el 2014, el número de estudiantes matriculados en carreras y programas en áreas de ciencia, ingeniería, tecnologías de la información y humanidades se incrementó en un 17% en el sistema público. Fuente: SENESCYT Rendición de cuentas 2015. Elaborado por: SENESCYT. La carrera de ingeniería en teleinformática de la facultad de ingeniería industrial de la universidad de Guayaquil posee limitada áreas para la realización de prácticas de laboratorio y para la investigación. Contado únicamente con el laboratorio de Networking el cual es un área dedicada a la ejecución de prácticas, proyectos e investigación de sistemas de comunicaciones. De allí la necesidad de la adecuación con herramientas tecnológicas y la incorporación de plataforma como MATLAB y tarjeta de adquisición de datos (Arduino) para el desarrollo de las prácticas.. 2.2.2. MATLAB. El MatLab - (Matrix Laboratory) laboratorio de matrices es un software matemático que permite la realización de cálculos matemáticos mediante la utilización de vectores y matrices..

(33) Marco Teórico 16. Según (MATHWORKS, 2018) dice que “MATLAB combina un entorno de escritorio perfeccionado para el análisis iterativo y los procesos de diseño con un lenguaje de programación que expresa las matemáticas de matrices y arrays directamente”.. MatLab, aparte de realizar los cálculos algebraico y matricial, mediante la herramienta de Simulink permite simular y observar el comportamiento de sistemas dinámicos en tiempo continuos y discretos.. Esta herramienta funciona mediante la interfaz graficas sobre la plataforma de MatLab. Según (MATHWORKS, 2018) dice que “Cuando utiliza MATLAB® y Simulink® conjuntamente, en realidad está combinando programación textual y gráfica para diseñar su sistema en un entorno de simulación”.. El área de trabajo de trabajo en Simulink es una pestaña con un área en blanco donde puede realizar el esquema del sistema de simulación deseado. Como se puede observar en la figura 2.. FIGURA N° 2 BLANK MODEL DE SIMULINK. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel.

(34) Marco Teórico 17. . Archivos.. . Librería de Simulink.. . Parámetros de simulación.. . Activar y parar simulación.. . Tiempo de simulación. . Porcentaje de simulación. . Método de integración.. Simulink posee un conjunto de librerías que facilita el manejo del software, estas librerías permiten la creación de esquemas de simulación mediante el concepto de diagrama de bloques y además la incorporación de tarjetas de adquisición de datos para interactuar con el mundo exterior.. FIGURA N° 3 CONJUNTO BLOQUES DE LA LIBRERÍAS DE SIMULINK. Fuente: https://simulink-aplicacion-scd.wikispaces.com/2.+Interfaz+y+manejo+est%C3%A1ndar Elaborado por: Fuente de la Investigación.. Las funciones que incorpora el programa le permiten al estudiante trabajar desde su propio computador, generando nuevos conocimiento acerca del procesamiento de señales, la información puede ser simulada y a la vez recibir datos de otro tipo de plataforma como la de NI Elvis II Plus.

(35) Marco Teórico 18. mediante la adquisición de datos con una tarjeta compatible con el software.. 2.2.3. NI ELVIS II PLUS. El Ni Elvis II Plus es una herramienta de simulación multifuncional, que permite la implementación de prácticas sobre los sistemas de modulaciones analógicos y digitales, además de un sin número de circuito de análisis de señal. Según (INSTRUMENTS, 2018), dice que “NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite (NI ELVIS) II es una plataforma modular de laboratorio educativo de ingeniería desarrollada específicamente para la academia. Con este enfoque práctico, los educadores pueden ayudar a los estudiantes a aprender habilidades prácticas y experimentales”.. El Ni Elvis II Plus cuenta una variedad de herramientas para ser preciso 12 las cuales son muy utilizadas en los laboratorios de ingeniería, de tal manera esta herramienta incluye múltiples equipos en uno solo. Las cuales se detallan a continuación: . Multímetros.. . Osciloscopio.. . Generador de funciones.. . Fuente de voltaje variable.. . Analizador de bode.. . Analizador dinámico de señal.. . Generador de onda arbitraria.. . Lector digital.. . Escritor digital.. . Analizador de impedancia.. . Analizador de corriente de 2 hilos..

(36) Marco Teórico 19. . Analizador de corriente de 3 hilos.. FIGURA N° 4 HERRAMIENTAS QUE INTEGRAN UN ELVIS. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel. Como se puede observar en la figura 4, cada una de aquellas herramientas la posee el NI Elvis II Plus y lo convierte en un equipo completo ya que posee hardware y software y es muy útil en el desarrollo de prácticas y proyectos de investigación.. El NI Elvis II Plus es un laboratorio portátil de dimensiones pequeñas, sobre todo completo en cuanto a sus requerimientos y con la alta fiabilidad en los datos obtenidos. Es el perfecto instrumento para los instructores al momento de impartir sus clases y realizar las prácticas de laboratorio.. 2.2.3.1. Composiciones del NI ELVIS II Plus. El dispositivo de NI Elvis II Plus permite el acoplamiento de un conjunto de placas extraíbles desarrollada por National Instruments que utilizan una función específica dependiendo del estudio a realizar. Esta plataforma posee una salida de conectividad al computador para qué el software pueda identificar y establecer conexión con la misma, además.

(37) Marco Teórico 20. posee la entrada a la fuente de alimentación eléctrica. Como se puede a preciar en la figura 5.. FIGURA N° 5 PLATAFORMA DEL NI ELVIS. Fuente: http://www.ni.com/images/products/us/eep_l.jpg. Elaborado por: Fuente de la Investigación.. En la figura Nº 6 se observa la placa de prototipo, es el lugar donde se instalarán los componentes de los proyectos prácticos designados por el instructor, en esta misma placa posee todos los terminales para la generación y visualización de señales, también se ubican los pines de entrada y salida de datos.. FIGURA N° 6 PLACA DE PROTOTIPO DEL NI ELVIS. Fuente: http://www.ni.com/images/products/us/eep_l.jpg. Elaborado por: Fuente de la Investigación..

(38) Marco Teórico 21. La placa de prototipo está dividida por partes en donde se puede observar las entradas y salidas de analógicas, el generador arbitrario de señal, el espacio de trabajo, el generador de funciones, etc. Como se detalla en la figura Nº 7.. FIGURA N° 7 PLACA DE PROTOTIPO DEL NI ELVIS. Fuente: http://www.ni.com/images/products/us/eep_l.jpg. Elaborado por: Vélez Agua José Abel. 1.. Protoboard o área de trabajo.. 2.. DMM, generador arbitrario, generador de funciones, E / S configurable, fuentes de alimentación variables y filas de fuentes de alimentación de continua.. 3.. Columnas de entrada de señales analógicas (AI) y PFI.. 4.. Indicadores de suministro de energía continúa.. 5.. Conectores BNC configurables por el usuario.. 6.. Conectores tipo banana configurable por el usuarios.. 7.. Columnas de entrada y salidas digitales..

(39) Marco Teórico 22. 8.. Led configurables por el usuarios.. 9.. Columnas de señales de tipo contador de reloj.. 10. Conector D-SBU configurable.. 2.2.3.2. Conexiones del NI ELVIS II Plus al computador. El NI Elvis II permite la combinación de hardware y software con el fin de transmitir los resultados de las simulaciones realizadas en cada una de las prácticas al computador, por medio del puerto USB, permitiendo la visualización de resultados en la herramienta que contiene el software.. Cuando se procede a trabajar con el equipo se debe realizar las conexiones adecuadas para que el equipo no sufra ningún daño en su infraestructura, se recomienda leer las instrucciones detalla en el manual de usuarios que posee el dispositivo. En la figura Nº 8 se detalla la correcta conexión del NI Elvis II Plus al computador.. FIGURA N° 8 CONEXIÓN DEL NI ELVIS AL PC. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Fuente de la Investigación..

(40) Marco Teórico 23. 2.2.3.3. Launcher del NI ELVISmx. El launcher del NI Elvis II programa que permite establecer la conexión entre el computador y la herramienta Elvis. Este software pude obtener directamente descargándolo de la página oficial de National Instruments totalmente libre y en la última actualización. Además se podrá tener las herramientas para visualizar los resultados obtenidos en las implementaciones y también constará con las ventanas para generar señales que serán utilizadas por los circuitos diseñados. En la figura 9 se muestra el launcher.. FIGURA N° 9 LAUNCHER DEL NI ELVISmx. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel. 2.2.4. Arduino Según (ARDUINO, 2018) dice que “Arduino es una plataforma de. electrónica de código abierto basada en hardware y software fácil de usar. Está destinado a cualquier persona que realice proyectos interactivos”.. Arduino es un microprocesador el cual está basado en la marca ATMEL, este dispositivo tiene la capacidad de conectarse con el mundo físico y a la vez con el mundo virtual debido a que posee múltiples entradas.

(41) Marco Teórico 24. y salidas, analógicas y digitales, que le permite el control de sensores alarmas, actuadores físico y sistemas de comunicaciones. Según (ARDUINO, 2018) “Los maestros y estudiantes lo usan para construir instrumentos científicos de bajo costo, para probar principios de química y física, o para comenzar con la programación y la robótica”.. El software de arduino está desarrollado en un entorno de leguaje de programación de procesamiento y escritura. El hardware es una placa que se puede conseguir ensamblada o construirla, porque los planes se encuentran con facilidad en la web.. Arduino posee una gran variedad de placas escudos, kits y accesorios, entre las placas más usadas tenemos.. 2.2.4.1. . Arduino Uno. . Arduino Leonardo. . Arduino Due. . Arduino Micro. . Arduino Ethernet. . Arduino Mega 2560. . Arduino Mini. . Arduino Nano. . Arduino Pro Mini. Arduino Uno. La placa de arduino Uno es la más utilizada en los proyectos tecnológicos debido a su muy bajo costo de adquisición en el mercado y su alta fiabilidad en el tratamiento de datos, esta placa posee un microcontrolador Atmega328 que contiene 32 KB de memorias flash para el almacenamiento de códigos, cuenta con 16 entrada y salida digitales,.

(42) Marco Teórico 25. aparte tiene 6 entradas y salidas analógicas. Posee un cristal de cuarzo de 16 MHZ, una conexión USB con el computador, una entrada de alimentación hasta 12V y un pulsador para el reinicio del sistema. En la figura Nº 10 se puede observar un arduino uno REV3.. FIGURA N° 10 ARDUINO UNO REV3. Fuente: https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3 Elaborado por: Fuente de la Investigación.. De tal manera en la tabla Nº 2 el arduino uno cuenta con entrada USB, pines de entrada y salida de señales analógica y digital, adaptador para la alimentación entre otros.. TABLA N° 2 ESPECIFICACIONES DE ARDUINO UNO R3 Microcontrolador. ATmega328. Voltaje de operación. 5V. Voltaje de alimentación. 7 – 12 V. Pines E/S digitales. 14 pines – 6 pines PWM. Pines Entrada analógica. 6 pines. Corriente directa para pines E/S. 40 mA. Corriente directa para el pin 3,3v. 50 mA. Memoria Flash. 32 KB. EEPROM. 1KB. Velocidad del reloj. 16Mhz. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel.

(43) Marco Teórico 26. Por otro lado esta placa tiene la capacidad de ser compatible con software de simulación como por ejemplo MatLab, permitiendo la adquisición de los datos externos y transferirlo al programa para su respectivo análisis de la información recogida.. 2.2.5. Circuito Integrado AD633. Es un multiplicador de cuatro cuadrantes concretamente funcional y disponible en paquetes SOIC (Small Outline Integrated Circuits) y PDIP (Plastic Dual In-line Package). En la figura Nº 11 se observa el circuito integrado AD633.. FIGURA N° 11 CI AD633JN. Fuente: https://http2.mlstatic.com/vallecompras-ad633-multiplir-analogode-4-cuadrantes-1-mhz-D_NQ_NP_926416-MCO26815328527_ 022018-F.webp. Elaborado por: Fuente de la Investigación.. El AD633 en su interior está compuesto por entradas diferenciales X e Y, con una alta impedancia Z en la entrada del sumador. En la salida W tiene una baja impedancia con un voltaje menor a 10 V que es proporcionada por un diodo Zener conectado directamente a la tierra interna que posee el integrado.. Este circuito integrado esta calibrado por un láser, que genera un 2% de precisión completamente garantizada, la no linealidad de la entrada es.

(44) Marco Teórico 27. inferior a un 0.1% y el ruido referido en la salida W para un ancho de banda de 10 Hz a 10 KHz es casualmente de 100 µV.. Los voltajes de la alimentación están comprendida entre los ±8 y ±18v, el escalamiento de voltaje interno lo genera el diodo Zener estable. En la figura Nº 12 se visualiza el diagrama interno del circuito integrado AD633.. FIGURA N° 12 CONFIGURACIÓN INTERNA DEL INTEGRADO AD633. Fuente: https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view /549278/AD/AD633JN.html. Elaborado por: Fuente de la Investigación.. El resultado de este circuito integrado es un producto rentable y fácil de aplicar, ya que no requieren de componente externos ni costos calibraciones al dispositivo y la construcción monolítica con calibración a laser hace que este circuito integrado sea estable y confiable en sus resultados.. 2.2.6. Amplificador Operacional AU741. Son amplificadores operacionales que brindan un excelente rendimiento dentro de las aplicaciones analógicas, con una capacidad nula en el desplazamiento de voltaje..

(45) Marco Teórico 28. El Au714 ofrece una variedad de aplicaciones como el circuito de amplificador no inversor, permitiendo que la señal de entrada este en fase con la de salida. Este circuito posee una alta ganancia y amplio rango de voltaje de operación y que adquiere excelente cualidades, ya que este se encuentra protegido contra cortocircuito.. FIGURA N° 13 CONFIGURACIÓN INTERNA DEL INTEGRADO UA741. Fuente: http://www.circuitstoday.com/wp-content/uploads/2008/07/ uA741-pinout.jpg. Elaborado por: Fuente de la Investigación.. En la figura Nº 14 se visualiza el circuito integrado UA741, este componente se puede utilizarse de cualquiera de las formas en las aplicaciones como el amplificador inversor, integradores y diferenciadores. La estructura interna de este circuito integrado es similar al del LM318 que tiene una entrada negativa en el pin 2 y una positiva en el pin 3, su alimentación se realiza en los pines 4 y 7 del integrado y su salida se encuentra situada en el pin 6. Como se detalla en la figura Nº 13.. FIGURA N° 14 CIRCUITO INTEGRADO UA741. Fuente: http://www.circuitstoday.com/wp-content/ uploads/2008/07/uA741-pinout.jpg Elaborado por: Fuente de la Investigación..

(46) Marco Teórico 29. 2.2.7. Comparador LM311. Es un circuito integrado muy utilizado, entre sus usos se tiene el manejo de bombillas eléctricas, circuito de conmutación de voltajes y relevos. Este dispositivo está elaborado para operar en voltaje de alimentación que van de los ±7V a ±15V para los amplificadores operaciones y suministro de 5V para los sistemas lógicos. A continuación se observa en la figura Nº 15 el circuito integrado LM311.. FIGURA N° 15 CIRCUITO INTEGRADO LM311. Fuente: https://components101.com/sites/default/ files/components/LM311-IC.jpg. Elaborado por: Fuente de la Investigación.. Este integrado tiene un circuito de protección que limita a 50 mA la intensidad máxima de salida, en las entradas y salidas del LM311 se puede aislar la tierra del sistema como se muestra en la figura Nº 16.. FIGURA N° 16 CONFIGURACIÓN INTERNA DEL INTEGRADO LM311. Fuente: https://www.carrod.mx/products/lm311. Elaborado por: Fuente de la Investigación..

(47) Marco Teórico 30. 2.3. Marco Conceptual. Los laboratorios de prácticas se han vuelto un lugar indispensable en la formación de estudiantes competente para el campo de la ingeniería, por ese motivo se genera la necesidad de integrar de nuevas plataformas en la metodología de estudio, las cuales puedan relacionarse con los equipos que se tiene en el laboratorio de networking de la facultad de ingeniería industrial.. Para un mejor desempeño del estudiante universitario y fomentar el interés en el proceso investigativo las Instituciones de Educación Superior deben implementar áreas destinada a la investigación y potenciar los laboratorios para el desarrollo de prácticas. No obstante es importante la capacitación de docente en el campo investigativo.. Actualmente el estado ecuatoriano fomenta considerablemente el mejoramiento de la Educación Superior, con el respaldo obtenido dentro de la Constitución de la República de Ecuador, decretando ofrecer una educación superior de excelencia y con el afán de mejorar la formación académica y profesional.. La Ley Orgánica de Educación Superior (LOES) representa los deberes, derechos y obligaciones que deben de acatar las instituciones de educación de superior. Este organismo de control estimula el mejoramiento académico mediante las evaluaciones de calidad con el fin de determinar el estado de la institución universitaria.. El CEAACES (Consejo de Evaluación Acreditación y Aseguramiento de la Calidad de la Educación Superior) es una institución pública que se encarga de la ejecución de evoluciones y acreditación a las Instituciones de Educación Superior, con el único motivo de categorizar las instituciones universitarias. Para ello, la evaluación toma en cuenta los parámetros de.

(48) Marco Teórico 31. infraestructura, área de investigación como los laboratorios lo cuales deben estar debidamente equipados. Generando la posibilidad de ser una de las universidades con la mayor categorización.. 2.4. Marco Legal. En la actualidad la educación superior en Ecuador se ha potencializado, con la inversión que otorga el ministerio de educación a las instituciones de educación superior con el fin de elevar la matriz productiva. El ministerio de educación a través de la LOES (Ley Orgánica de Educación Superior) determina los requisitos y obligaciones que deben tener las instituciones de educación superior para brindar un educación de excelencia en el Ecuador. La LOES instaura como deber del estado ofrecer la accesibilidad a una educación superior de excelencia sin discriminación por su religión, estatus social, economía y religión, etc.. Según el Art. 352 de la (Constitución de la República del Ecuador, 2008) vigente señala que “El sistema de educación superior estará integrado por universidades y escuelas politécnicas; institutos superiores técnicos, tecnológicos y pedagógicos; y conservatorios de música y artes, debidamente acreditados y evaluados”, y acotando lo que dice el Art 356 “La educación superior pública será gratuita hasta el tercer nivel”.. Según el Art 3 de la (LEY ORGANICA DE EDUCACION SUPERIOR, 2016) dice que “La educación superior de carácter humanista, cultural y científica constituye un derecho de las personas y un bien público social que, de conformidad con la Constitución de la República, responderá al interés público y no estará al servicio de intereses individuales y corporativos”. Según el Art 143 de la (LEY ORGANICA DE EDUCACION SUPERIOR, 2016) dice que “Las instituciones de educación superior.

(49) Marco Teórico 32. públicas y particulares desarrollarán e integrarán sistemas interconectados de bibliotecas a fin de promover el acceso igualitario a los acervos existentes, y facilitar préstamos e intercambios bibliográficos. Participarán en bibliotecas digitales y sistemas de archivo en línea de publicaciones académicas a nivel mundial.”. El Art 171 de la (LEY ORGANICA DE EDUCACION SUPERIOR, 2016) dice que “El Consejo de Evaluación, Acreditación y Aseguramiento de la Calidad de la Educación Superior es el organismo público técnico, con personería jurídica y patrimonio propio, con independencia administrativa, financiera y operativa.”.

(50) CAPTULO III METODOLOGÍA. 3.1. Enfoque de la Investigación.. En el desarrollo investigativo de este trabajo se reúne la metodología descriptiva, experimental y bibliográfica, enfocándose en la teoría y práctica con la utilización de equipos de medición tales como NI Elvis II Plus, herramienta de obtención de datos (tarjeta de Arduino) y software matemático con la capacidad de procesar la información recibida para su cuantificación o sus respectivo análisis para la obtención de resultados confiables.. Esto permitirá demostrar la optimización de tiempo en prácticas y la integración de nuevas plataforma tecnológica con el fin de ayudar al aprendizaje del estudiante universitario, con la obtención de resultados obtenidos en la post encuesta realizada y así proceder a la realización de guías de laboratorio la cual serán anexadas al final de este trabajo de investigación.. 3.1.1. Metodología Bibliográfica. La metodología bibliográfica recopila la información de documentos en líneas, libros, revista científica, trabajos de investigación, experimentos y artículos realizados por diferentes autores donde sus temas tienen relación especifica con el análisis y cuantificación de ruido en los sistemas de modulación digital, el trabajo en conjunto de nuevas plataformas y la herramienta NI Elvis II Plus que posee el laboratorio de networking de la carrera de Ingeniería en Teleinformática para el desarrollo de actividades prácticas..

(51) Metodología 34. 3.1.2. Metodología Experimental. Este trabajo de investigación busca fomentar la utilización de nuevas herramienta tecnológica que ayuden al mejoramiento de las prácticas de laboratorio y el aprendizaje de los estudiantes de la materia de simulación de sistema del octavo semestre de la carrera de Ingeniería en Teleinformática de la facultad de Ingeniería Industrial de la universidad de Guayaquil.. El estudio experimental está dirigida a la realización de la práctica sobre la cuantificación de ruido en los sistemas de modulación, con la utilización de herramientas como el NI Elvis II Plus, nuevas plataforma como MATLAB y Arduino, realizando análisis cuantitativo del ruido.. La parte experimental se la realizará a los sistemas de modulación digital ASK, FSK y BPSK en donde se utilizarán herramientas tales como MATLAB, NI Elvis II Plus y Arduino, además de un circuito demodulador digital desarrollado en protoboard. Estos equipos estarán interconectados para el análisis y la cuantificación de ruido en señales digitales.. La fiabilidad de los resultados obtenidos de la práctica de laboratorio lo cuales se medirán en cuestión al tiempo de ejecución, el grado de satisfacción en lo aprendido en la práctica, mediante la metodología de aprendizaje implementada y además determinar el grado de dificultad en el desarrollo del esquema de cuantificación del ruido de los sistemas digitales en Simulink.. 3.1.3. Metodología Descriptiva.. La metodología descriptiva refleja directamente las variables que intervienen en este trabajo de investigación como por ejemplo el tiempo de ejecución y la satisfacción mediante la escala de LIKERT..

(52) Metodología 35. Según (CARLOS JAVIER INTRIAGO MACÍAS, 2015) dice que “Likert es una escala psicométrica comúnmente utilizada en cuestionarios y que es una escala de amplio uso en encuestas para investigación, principalmente en ciencias, en este instrumento de medición se expresa el nivel de acuerdo o desacuerdo, permitiendo obtener resultados fiables obtenidos de los encuestados”.. En el estudio descriptivo tiene como fin examinar las variables que se implementarán en este trabajo de investigación, mediante la realización de pre y post encuesta para determinar si se alcanzó los objetivos y el alcance planteados en este trabajo. Las encuestas permitirán medir el grado de conformidad de los estudiantes en la incorporación de nuevas tecnologías y al aplicar toda la teoría en el desarrollo de las prácticas, con la validación de los resultados obtenidos.. Esta encuesta se realizará a los estudiantes de la carrera de ingeniería en Teleinformática que están cursan el octavo semestre, se realizara mediante la escala de Likert con el fin de reflejar las experiencia y la medición de las variables en el desarrollo de las práctica de laboratorio.. 3.2. Población y Muestras. El desarrollo investigativo representa las variables importante en las cuales se destaca la población. Según (Wigodski, 2010) dice que la población “Es el conjunto total de individuos, objetos o medidas que poseen algunas características comunes observables en un lugar y en un momento determinado.”, se debe contar con un excelente número de individuos de la población y de esta forma tener una correcta selección, para la apropiada recolección de información..

(53) Metodología 36. 3.2.1. Selección de la Muestra. En la elaboración de este trabajo de investigación se seleccionará como población a los alumnos de la carrera de ingeniería en teleinformática de la universidad de Guayaquil y como la respectiva muestra a los estudiantes de la asignatura de simulación de sistema del octavo semestre en el periodo CI 2018-2019 de la misma carrera, los cuales realizaron la guías prácticas en el laboratorio de Networking sobre la cuantificación de ruido en los sistema de modulación digital propuesto por esta investigación.. La población de la carrera de Ingeniería en Teleinformática con una estadística proporcional de 𝑁 = 546 estudiantes y una muestra de 𝑛 = 21 estudiantes del octavo semestre CI 2018-2019.. Al efectuar el muestreo se encuestará a cada estudiante de la muestra y así determinar el factor de muestro porcentaje, por lado el factor de elevación. 𝑁 𝑛. 𝑛 𝑁. el cual es determinado en. el cual representa la población. seleccionada dando los siguientes resultados: Factor de Muestro 𝑓=. 𝑛 21 = 𝑁 546. 𝑓 = 0,03846 ∗ 100% = 3,84% Factor de Elevación 𝐸=. 𝑁 546 = = 26 𝑛 21. En los resultados obtenidos, donde la muestra escogida representa el 3,84% de la población de estudiantes y donde cada individuo representa cada 26 persona aproximadamente de la población de la carrera de Ingeniería en Teleinformática..

(54) CAPTULO IV DESARROLLO DE LA PROPUESTA. 4.1. Desarrollo.. En el Capítulo IV se mostrará el desarrollo de este trabajo investigativo, implementando prácticas sobre el análisis y cuantificación de ruido en los sistema de comunicación de digital ASK, FSK y BPSK, mediante la utilización de circuitos demoduladores de señales digitales en protoboard, la herramienta de NI Elvis II Plus que trabajará en conjunto con plataforma como MATLAB y la tarjeta de adquisición de datos Arduino. El desarrollo de estas prácticas se efectuará en el laboratorio de la carrera de Ingeniería en Teleinformática de la facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil, como se puede observar en la figura Nº 17.. FIGURA N° 17 DESARROLLO DE PRÁCTICA EN EL LABORATORIO DE NETWORKING. Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel..

(55) Desarrollo de la Propuesta 38. El anhelo de demostrar la importancia de integrar nuevas plataforma tecnológica como MATLAB que es un software matemático muy utilizado en las áreas de ingeniería y Arduino que es una placa electrónica muy recomendada en la realización de proyectos debido a que brindan una alta fiabilidad en la obtención de datos. La integración estos equipos y plataforma en los laboratorios dentro la Universidad de Guayaquil tiene como fin mejorar el desarrollo académico de estudiante y así obtener mejores profesionales dentro de campo laboral.. Se procederá a la descripción detallada de los procedimientos teórico-prácticos que se debe seguir durante el desarrollo de este proceso, se cogieron horas de la materia de simulación de sistema donde se implementaron las prácticas que se detallan a lo largo de este capítulo.. 4.2. Implementación de las prácticas.. 4.2.1. Sistemas de Modulación ASK Según (Villón Sierra, 2018) dice en su trabajo de titulación que “los. sistemas de modulación por desplazamiento de amplitud (ASK), son 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 sin variaciones”.. Desde luego se puede describir a la modulación ASK, como al cambio que se efectúa en los parámetros de la señal la portadora dependiendo de la variación de los parámetros en la señal moduladora. Esta modulación es muy sencilla, debido a que la fase y frecuencia permanecen contante mienta se cambia la amplitud. La velocidad de transmisión usando este tipo de modulación es limitada por las características del medio físico de transmisión..

(56) Desarrollo de la Propuesta 39. En la figura 18 se detalla el diagrama funcionamiento de un modulador ASK, en donde se puede observar el proceso de modulación en conjunto a la señal de información y la señal de portadora.. FIGURA N° 18 DIAGRAMA DE BLOQUE DEL MODULADOR ASK Σ. 𝑽𝒎 (𝒕). 𝑽𝑨𝑺𝑲 (𝒕). 𝑽𝒄 (𝒕) 𝟐 Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel.. En un modulador ASK, es necesario detallar el comportamiento las señales de entrada, salida y funcionamiento que intervienen en cada etapa del sistema, como se puede visualizar en la figura Nº19.. FIGURA Nº 19 SEÑALES QUE INTERVIENEN EN UN SISTEMA MODULADOR ASK. Fuente: Investigación Directa Elaborado por: Vélez Agua José Abel..

(57) Desarrollo de la Propuesta 40. Para representar de forma matemática la salida de un modulador ASK tenemos la siguiente fórmula general como se detalla a continuación.. Fórmula N° 1 Ecuación General de un Sistema Modulador ASK. 𝑉𝐴𝑆𝐾 (𝑡) =. 𝑉𝑚 (𝑡) . 𝑉𝑐 (𝑡) + 𝑉𝑐 (𝑡) 2. Para la realización de caculos es necesario dejar claro la componente entradas, salida y funcionamiento, en donde: 𝑉𝑚 (𝑡) Es la señal moduladora la cual puede tomar dos valores de amplitud (+1v cuando el bit enviado es 1 y -1v cuando el bit enviado es 0). 𝑉𝑐 (𝑡). Es la señal portadora de alta frecuencia 𝐴𝑐 sin(𝑤𝑐 𝑡).. 𝑉𝐴𝑆𝐾 (𝑡) Es la señal modulada en amplitud. Detalle más específico del proceso de modulación, el desarrollo teórico y cálculos para este tipo de modulador revisar los anexos 1.. 4.2.1.1. Demodulación ASK. El sistema demodulador digital ASK consiste en recuperar la señal de información por medio de un circuito eléctrico denominado circuito demodulador, este señal es obtenida a partir de la señal modulada ASK, estos proceso se pueden realizar mediante el demodulador coherente.. El proceso de la demodulación coherente es relativamente más compleja pero es muy efectiva a los efectos de la distorsión del ruido, debido a que es necesario una sincronización de portadora mediante un multiplicador, como se puede observar en la figura Nº 20..

(58) Desarrollo de la Propuesta 41. FIGURA N° 20 DIAGRAMA DE BLOQUE DEL DEMODULADOR COHERENTE ASK 𝑽𝑨𝑺𝑲 (𝒕). 𝑽𝟏 (𝒕). LPF. 𝑽´´𝒐 (𝒕) COMPARADOR. 𝑽´𝒐 (𝒕). 𝑽𝒐 (𝒕) 𝑪𝒑. 𝑽𝒄 (𝒕) Fuente: Investigación Directa. Elaborado por: Vélez Agua José Abel.. El resultado obtenido a la salida de demodulador ASK es la señal de información 𝑉0 (𝑡) como se puede ver en la figura Nº 20, a continuación se muestra los resultados de la demodulación, la cual está representada mediante la fórmula Nº 2.. Fórmula N° 2 Sistema Demodulador Coherente ASK 𝐴𝐶 2 𝑉0 (𝑡) = [𝑉𝑚 (𝑡)] 2 Para mayor información sobre los sistemas de modulación digital ASK y la implementación ruido revisar el anexo 1.. 4.2.2. Sistemas Modulación FSK. Para la modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK es un método de modulación muy parecida a la modulación analógica FM, pero totalmente diferente debido a que su señal modulada está dada en una secuencia de bits.. El modulador FSK se muestra una variación de frecuencia en la señal de la portadora dependiendo de los cambios digitales discretos, si la fase de la señal de información es continua entre un bit y el próximo la señal.