1 presentacion final digitalizacion aplicacion real

Hay un lenguaje básico de las comunicaciones que se debe asimilar como un concepto: MegahertzMegabits por segundoModulaciónBanda AnchaAnalógico - DigitalProtocolo IPModulación QPSK, QAM, CDMA… El hombre ya lo ha hecho con otros conceptos: caballo de fuerza, watios, voltaje, corriente...

TELECOMUNICACIONES

VIDEO DIGITAL PARA:CATV, XDSL, FFTH

LA DISTRIBUCIÓN DE VIDEO YA NO ESEXCLUSIVA DE LOS SISTEMAS DE CABLE

Según ITU

• DIGITALIZACIÓN DEL VIDEO

• FIBRA ÓPTICA HASTA LA CASA

• VIDEO DIGITAL EN PROTOCOLO IP

TRES HECHOS QUE CAMBIARON LA FORMADE LLEVAR TV A UN USUARIO

LOS PRINCIPIOS......

SEÑALES Y MODULACIÓN

SEÑALES

TODA INFORMACIÓN ESTÁ COMPUESTA POR SEÑALES:

ANALÓGICAS

DIGITALES

BANDA BASE SIN MODULAR

MODULACIÓN

Para enviar unaseñal de bandabase a grandesdistancias por unmedio de transmisón,hay que modularuna portadora.

El método masAntiguo es AM.

El ruido externo ataca directamente la amplitud, y, por lo tanto lainformación se contamina.

MODULACIÓN DE AMPLITUD A.M.

Carrier

M odulating (baseband) signal

Am plitude-m odulated w ave

La modulación de Amplitud es la técnica de variar la amplitud de la portadora proporcionalmente a la señal moduladora banda base

MODULACIÓN

Otro esquema mas seguroes la modulación de lafrecuencia o FM: FrecuenciaModulada.

Las variaciones que causael ruido en la amplitudno contaminan la información.

MODULACIÓN DE FRECUENCIA FM

Frequency-m odulated w ave

Carrier

M odulating (baseband) signal

La Modulación de Frecuencia es la técnica de variar la portadora de frecuencia proporcionalmente con la señal moduladora o BANDA BASE

MODULACIÓN

Para lograr uncanal de TV seutiliza modulaciónAM y FM.

Video en AM

Audio en FM

Modulador clásico de CATV

SEÑAL DE R.F. DEL CANAL 2.

PORTADORA MODULADA EN AM DE VIDEO

MODULACIÓN

Imagen de Osciloscopio del Canal 2Modulación AM del Video

CarrierFreq.

InputSignal

fc

VSB Filter

AM -VSBAM

fc

OutputBandwidth

fc

InputBandwidth

AM-VSB es una forma de modulación AM en la cual se remueve una parte de la banda lateral inferior

MODULACIÓN AM-VSB

Visual Carrier(AM)

Color Carrier(AM and PM)

Aural Carrier(FM)

VestigalSideband

6 M Hz

4.5 M Hz

4.2 M Hz

3.58 M Hz

0.25 M Hz

1.25 M Hz

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6

0.75 M Hz

FORMATO DE UN CANAL DE CATV MODULADO

Un canal de CATV tiene un ancho de banda de 6 MHz

MODULADOR

BANDA DERETORNO

BANDABAJA

RADIO FM

BANDAMEDIA

BANDAALTA

SUPERBANDA

HIPERBANDA

VIDEODIGITAL

DIRECTADATOS DIGIT.

40 MHz

5 MHz

54 MHz

88 MHz

108 MHz

174 MHz

216 MHz

300 MHz

600 MHz

450 MHz

750 MHz

Se utiliza para enviar señales

hacia el cabezal (RETORNO)

CANALES DE TVANALOGICOS

CANALEST7 al T10

CANALES2 al 6

CANALES14 al 22

Telefonía, PCS

CANALES37 al 61

CANALES23 al 36

CANALES7 al 13

CANALES DE TVDIGITALES

(COMPRIMIDOS)

DATOS DIRECTA

CATV ES F.D.M: MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA

ESQUEMA GENERAL DE UNA CABECERA

CALIBRACIÓN DE UNA CABECERA

- 18 dB- 18 dB

- 7 dB

36 CANALES DE TV DE LOS MODULADORES

- 18 dB

SALIDAS IGUALES: 45 dBmVRELACIÓN V/A = 10 a 15 dBmV

SALIDA PLANA DE 20 dBmV

LA PENDIENTE DE SALIDA SE LOGRA CON EL AMPLIFICADOR DE SALIDA

PRIMERA APLICACIÓN DIGITAL

Durante los últimos veinte años se ha venido dando el proceso de conversión de los sistemas analógicos a digitales. La compleja señal analógica de la banda base se reduce a un tren de unos y ceros que se maneja como datos de cualquier programa de contabilidad. Este tren de unos y ceros se mide en bits por segundo. Por ejemplo un canal de voz digitalizado genera un tren de 64 Kbps. Este proceso puede ser el cambio tecnológico más importante del siglo.

Proceso de Conversión Analógico – Digital


Señal Analógica Señales digitales

Formatos digitales

CISCO

Según la polaridad : Unipolares Bipolares

Según la cantidad de niveles de tensión : 2 niveles 4 niveles

Según el paso por cero entre bits de información NRZ (non return cero) sin vuelta a cero. RZ (return cero) con vuelta a cero.

En los codigos RZ el nivel de la señal vuelve a cero durante un cierto tiempo entre bit y bit

Codificación de la señal digital

• Las señales digitales de VIDEO y AUDIO comprimidas y multiplexadas son BANDA BASE.

• Los datos de Internet o de una Intranet son BANDA BASE.

• Para transmitirlas por la red de banda ancha hay que modular las portadoras con la Información digital.

• La figura de mérito para comparar los métodos de modulación es la eficiencia medida en BIT/SEG/HZ.

MODULACIÓN DE LAS SEÑALES DIGITALES

FSK: Variación de la frecuencia de la portadora entre dos frecuencias que representan el 1 y el 0 lógicos. ASK: Variación de la amplitud de la portadora entre dos niveles que representan el 1 y el 0 lógicos. PSK: Variación de la fase de la portadora entre dos ángulos que representan el 0 y el 1 lógicos

METODOS BÁSICOS DE MODULACIÓNDIGITAL

AMPLITUD

FRECUENCIA

FASE

ONDA SENO DE PORTADORA

Se utiliza para transmitir datos de baja velocidad.

Las aplicaciones mas importantes son : Monitoreo de la red y P.P.V.

Se puede utilizar para implementar medidas de control y vigilancia, (gas, electricidad, etc.) a través de la red.

Sistema F.S.K.

Modulación F. S. K.

VARIACIÓN DE FRECUENCIA

La frecuencia de la portadora cambia entre dos valores discretos de acuerdo a que se quiera transmitir un “0” o un “1”.

Es un sistema robusto y poco eficiente. Fue utilizado en las primeras aplicaciones de

transmision de datos en redes de CATV :

Monitoreo de estado de equipos Retorno desde set-top boxes

Modulación F. S. K.

La fase cambia 180 grandes según el dato sea un 0 o un 1 lógico.

M1 es un modulador balanceado.Este modulador tiene muy buena inmunidad al ruido.

No es eficiente en el uso del espectro.

Cada día es menos frecuente su empleo en redes de banda ancha.

Sistema B.P.S.K.

SISTEMA BPSK

MODULACIÓN DE LA FASE

SISTEMA P.S.K

Forma mas simple BPSK = Binary Shift Keying

Podemos trabajar con M fases (M=potencia de 2)

M=4 => 4 fases separadas 90 grados => QPSK

BPSK QPSK 8PSK

MODULACIÓN DE FASE P.S.K.

MODULADOR QPSK

Principio usado en la señalde TV en Color.

Los datos se dividen en loscanales Q e I.

Cada canal modula la mismaportadora pero con un desfasaje de 90 grados.

M1 y M2 son moduladores balanceados.

Sistema Q.P.S.K.

FPB DivisorRegenPortad

Desplazfase

Sincron.Recepcionsimbolos

ConversorParalelo

Serie

FPB

FPB

CompUmbral

CompUmbral.

Demod sincronico

Demod Sincronico

fb/2

fb/2

I

Q

I

Q

0°

90°

FPB DivisorRegenPortad

Desplazfase

Sincron.Recepcionsimbolos

ConversorParalelo

Serie

FPB

FPB

CompUmbral

CompUmbral.

Demod sincronico

Demod Sincronico

fb/2

fb/2

I

Q

I

Q

0°

90°

DEMODULADOR QPSK

• QPSK: La información viaja en los cambios de fase de una portadora

analógica. Estos cambios son llevados tomando de a pares los bits de la entrada digital al modulador y usándolos para modificar la fase de la portadora analógica de salida según la siguiente tabla:

Entrada Binaria Fase de Salida

0 0 -135º0 1 -45º1 0 135º1 1 45º

A partir de esta tabla puede generarse el siguiente diagramade constelación asociado a la modulación.

RESUMEN DE QPSK

Diagrama de Constelación

I

45º

1 1

0 10 0

1 0

135º

BWminIBR

2

Ancho de banda mínimorequerido.

QPSK

IBR: bit rate

MODULACIÓN A.S.K

MODULACIÓN DE LA AMPLITUD

MODULACIÓN Q.A.M.

En la modulación de amplitud se puede trabajar sobre dos portadoras de la misma frecuencia en cuadratura (90 grados) :

QAM = Quadrature Amplitude modulation

Resulta una señal modulada en amplitud y fase

En este esquema de modulación la entrada digital se usa para variar la fase y la amplitud de una portadora analógica.

En general se toma un número mayor de bits de entrada para efectuar la codificación, lo que hace que a igual IBR, las transiciones en la portadora de salida sean menos frecuentes con la consecuente reducción del ancho de banda.

MODULACIÓN QAM DE 16 ESTADOS

Convers.Serie

Paralelo

Conver.D/A2bits4niv.


FiltroPBajos

FiltroPBajos

Desp.Fase

FiltroPasaBanda

Oscil.Local

0°

90°

Q

I

I

Q

bfConvers.Serie

Paralelo



FiltroPBajos

FiltroPBajos

Desp.Fase

FiltroPasaBanda

Oscil.Local

0°

90°

Q

I

I

Q

bf

MODULADOR Q.A.M.

16QAM 64QAM

MODULACIÓN QAM 16 QAM Y 64 QAM

En este ejemplo, además de los 4 estados de la variación de fase hay cuatro niveles de modulación de amplitud.

Hay mayor eficiencia en el uso del espectro.

Sistema 16 Q.A.M.

Entrada digital (Sy.) Amplitud de Salida Fase de Salida

0 0 0 0,765 -135º 0 0 1 1,848 -135º0 1 0 0,765 -45º0 1 1 1,848 -45º1 0 0 0,765 +135º1 0 1 1,848 +135º1 1 0 0,765 +45º1 1 1 1,848 +45º

Se aprecia que la densidad del diagrama de constelaciones mayorque el de QPSK pues tiene 8 puntos.

VARIACIÓN DE LA AMPLITUD Y FASE DE LAPORTADORA EN 8 QAM

Ejemplo

BwminIBR

3

Según se observa el ancho de banda se reduce, se dice que lamodulación es más eficiente. La eficiencia se mide en Bits porHertz de ancho de banda.

ANCHO DE BANDA MÍNIMO REQUERIDO

Si se extrapolan conceptos para 64 QAM el ancho de banda requerido es IBR/6 y así sucesivamente.

8QAM

ANCHO DE BANDA Y BIT RATEEJEMPLO TEÓRICO: CANAL DE TV DE 6 MHz

Modulación Bw BIR

4QAM 6MHz 12Mbps8QAM 6MHz 18Mbps16QAM 6MHz 24Mbps64QAM 6MHz 36Mbps256QAM6MHz 48Mbps

Eb

NodB

C

NdB

B

fb( ) ( ) log 10

A mayor eficiencia menor inmunidad al ruido

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+007 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Pe

Eb/No (dB)

Probabilidad de error (64QAM)

RUIDO, C/N Y ANCHO DE BANDA

1,00E-08

1,00E-07

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+007 8 9 10 11 12

Pe

Eb/No (dB)

Probabilidad de error (QPSK)

6

4

3

2

Bits por Símbolo

Robustez de la señal

Mayor bit rate

Mayor robustez

64-QAM

QAM

8-VSB

16-QAM, 16-VSB

EFICIENCIA Y RESISTENCIA AL RUIDO

Eficiencia de la modulación

FORMATO

NIVELES

(M)

Eb/NO

(dB)

Bits/Sec/Hz

(Nyquist Rate)

00K 2 13.5 1

4QAM 4 10.5 2

8QAM 8 13.0 3

16QAM 16 15.0 4

FSK 2 13.5 1

MSK 2 10.5 2

BPSK 2 10.5 1

QPSK 4 10.5 2

8PSK 8 14.0 3

16PSK 16 18.5 4

M- ary M Log2M

• Según el esquema de modulacíon digital se aprovecha mejor el ancho de banda dispo- nible.

• Por ejemplo con una una modulación 16QAM se transmiten 4 bits por cada Hz del ancho de banda.

• E/N es equivalente a la relación Señal - Ruido

CONCLUSIÓN IMPORTANTE

BAUD RATE no es igual BIT RATE

EJEMPLO: En QPSK

00 11 10 11 se transmiten 4 símbolos por segundo : BAUD RATE

PERO BIT RATE de : 8 bits por segundo

Cuál es el límite teórico de la capacidad de un canal :

I = B . log2 ( 1 + S/N) o también I = 3,32 . B . log10 ( 1 + S/N) I = capacidad del canal en bps B = ancho de banda del canal en Hz S/N = relación señal a ruido, adimensional

Ejemplo : Para un ancho de banda de B=35 MHz y S/N=30 dB

I=348Mbps

TEOREMA DE SHANON

TEOREMA DE NYQUIST

El Teorema de Nyquist determina cual es el ancho de banda mínimo requerido para transmitir una señal digital

Mínimo Bw = Simbolos/seg/Hz

Señal Modulada

Ejemplo:

35 MHz moduladosQPSK (2bits/símbolo)limitan la transmisión a70 Mbps

ANCHO DE BANDA NECESARIO

1. Depende del Factor de Filtro o Roll-Off2. Del Symbol Rate transmitido

En modulación QAM y QPSK el ancho de banda es:

Bw = Symbol Rate (Msy/seg) + Factor de Roll-Off (15%)

Ejemplo: Para transmitir 6 Msy/S con QAM en cable DVB-C

Bw = 6 Msy/S + 15% = 6.9 MHz

VISUALIZACIÓN DE SEÑALES DIGITALES MODULADAS

Principio:

Naturaleza vecto-rial de la modula-ción.

Componetes I, Qa 90 grados

VISUALIZACIÓN DE SEÑALES DIGITALES MODULADAS

Diagrama de Ojo :

I: f(t)

Q: f(t)

Diagrama Vectorial :

I: f(Q)

Diagrama Vectorial :

I: f(Q)

RELACIÓN ENTRE DIAGRAMAS

I

Q

Diag. de Ojo

Diag. Vectorial

Diag. Constelaciones

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE CONSTELACIONES

Señal Normal Degradación por S/N


Interferencia discreta Ruido en la Fase


Asimetría entre I y Q Compresión

Micro-Reflexiones en la red


DIAGRAMA DE OJO

El diagrama de ojo muestra la señal sobreimpuestasobre si misma varias veces.

Si el ojo no está abierto en los puntos de pruebaPuede haber errores en los datos

VISUALIZACIÓN DE SEÑALES DIGITALES

Microreflexiones Ruido CPD presente

Relación S/N = 24dB

Sin ecualizar

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LA SEÑAL

Bit Rate: Número de bits transmitidos. ej: 70 Mbps

Eb = Energía por bit

No= Densidad del ruído

Eb/ No = Parámetro relacionado con la relación S/N.Se mide en dB

DEFINICIONES


B E R = Bit Error Rate

BER: Relación entre el número de bits erróneos y el número de bits

transmitidos.

• La medición del BER es lenta• Es una medición intrusiva• El rango del BER es entre 10-4 y 10-9

• Este parámetro no identifica problemas


El Bit Error Ratio de una señal es una función de laseñal ruido expresada en Eb/N0


A. BPSK y QPSKB. 16 QAMC. 64 QAM

El Bit Error Ratio de una señal es una función de la señal ruido expresada en Eb/N0

COMPARACIÓN ENTRE VARIOS SISTEMAS

Sistema de Modulacion

Cantidad de Niveles (M)

Eb / No (dB)

Bit/seg x Hz Según Nyquist

OOK 2 13.5 1

4QAM 4 10.5 2

8QAM 8 13 3

16QAM 16 15 4

BPSK 2 10.5 1

QPSK 4 10.5 2

8PSK 8 14 3

16PSK 16 18.5 4

MER = Modulation Error ratio

MER = Error de Modulación

• Usualmente expresado en dB • Resulta similar a la relación

señal/ruido.• Es una medición no intrusiva.• Incluye todos los deterioros.

MER vs BER

• El MER permite anticiparse a la detección del problema ya que se va degradando de manera continua.

• El BER crece abruptamente a último momento cuando ocurre la falla

MER BER

Video Digital 64QAM 256QAM Pre Fec

Pos Fec

Calidad Excelente 32 dB 35 dB 1 e-08 0 e-00

Calidad Aceptable 27 dB 31 dB 1 e-07 1 e-08

Calidad Marginal 23 dB 27 dB 1 e-06 1 e-07

Transmisión Datos 64QAM 256QAM Pre Fec

Pos Fec

Calidad Excelente 33 dB 35 db 1 e-09 0 e-00

Calidad Aceptable 30 dB 32 dB 1 e-07 1 e-08

Calidad Marginal 26 dB 28 dB 1 e-06 1 e-07

VALORES DE BER y MER

Analizador de redesAnalógicas y Digitales

Medición señal digital

Medición señal Analógica

Parámetros deSeñal Digital QAM

• Nivel• MER• VER• Pre/Post BER

Medición del BER

En 200 segundos

Antes y despues FEC

SEÑALES DE HUMO

La idea siempre ha sido la misma: COMUNICACION

SEÑAL ANALOGICASEÑAL DIGITAL MEDIO TRANSMISION

CONVERSION D / A

• Los CONCEPTOS son los mismos

• Para la EPOCA es muy alta velocidad

• Que tan lejos estamos de la “Edad de Piedra”

Tomado DigiPointsSCTE

Si cambia de color hay un posible T.D.M

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

ANALÓGICO DIGITAL

EVOLUCIÓN DE LOS ESQUEMAS DE MODULACIÓN

• Los esquemas de modulación digital incrementan la eficiencia en Bw

• TDMA y CDMA son métodos de acceso basados en modulación digital

TECNOLOGÍAS DE ACCESO

FDMA - Frequency Division Multiple Access(NMT, TACS, AMPS)- Cada conversación tiene su propia frecuencia- “Conversación Privada”.

TDMA - Time Division Multiple Access(GSM, D-AMPS, PDC)- Todos usan la misma frecuencia, pero no al mismo tiempo (time slots). - “La reunión”: Para hablar hay que esperar el turno

CDMA - Code Division Multiple Access- “El Cocktail Party”: - Todos usan la misma frecuencia al mismo tiempo.- Las conversaciones se separan mediante códigos.

“Cocktail party”

“Meeting”

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