UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA

LABORATORIO DE COMUNICACIONES

MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSO Y TEOREMA DEL MUESTREO

Objetivos:

• Implementar un circuito modulador y demodulador PAM para señales de voz.

• Identificar los parámetros del sistema necesarios para transmitir una señal banda base

aplicando modulación pulsada.

• Evaluar los efectos al variar la frecuencia de muestreo en el sistema implementado.

• Verificar el teorema del muestreo a partir de las señales moduladas y demoduladas.

Consultas previas:

● Modulación por amplitud de pulso

● Teorema del Muestreo

● Muestreo natural y muestreo de cresta plana

● Hoja de datos del IC CMOS 4016 (circuito recomendado para la implementación)

● Recursos en la web del curso y enlaces relacionados en bibliografía

Equipo:

• Analizador de espectros

• Osciloscopio

• Generador de funciones

• Fuente de alimentación DC

Materiales:

• Switch bilateral (4016 Recomendado)

• Protoboard

• Cables de conexión

• Generador de pulsos (Puede ser 555 astable y monoestable)

• Micrófono

• Amplificador operacional (Puede ser 741 o 311)

• Elementos pasivos para diseño de circuitos

Procedimiento: 1. Implementación del circuito

La modulación de amplitud de pulsos (PAM, Pulse Amplitude Modulated) se puede definir como la variación de las amplitudes de un tren de pulsos rectangulares periódicos y de ancho constante, conforme se varia la información. Este tipo de modulación, a diferencia de las modulaciones analógicas de onda continua, permite transmitir solo porciones de la información (muestras) cada determinado intervalo de tiempo, sin necesidad de transmitir la señal en forma continua. El parámetro fundamental para poder garantizar que la información transmitida se pueda recuperar en el receptor es la frecuencia de muestreo o frecuencia de Nyquist. Esta frecuencia debe ser mínimo el doble de la frecuencia máxima de la señal a transmitir y corresponde a la velocidad de el tren de pulsos a modular con la fuente de señal.

En el Dibujo 1, se puede apreciar el diagrama de bloques de un modulador PAM básico, donde la señal fuente corresponde a la señal de voz a transmitir. Inicialmente para efectos del montaje y prueba del circuito se recomienda utilizar una señal del generador de funciones. El circuito conmutador o muestreador corresponde a un switch bilateral (IC 4016) de entradas y salidas analógicas y control digital. A este dispositivo se le inyecta, en su terminal de control, la señal pulsada sin modular; en el terminal definido como entrada se conecta la señal fuente y en su salida se observara la señal PAM con muestreo natural. Para generar una señal PAM con muestreo de cresta plana solo basta agregar en la salida del conmutador una etapa de retención. Se recomienda conectar en la salida del muestreador una resistencia de carga para asegurar la descarga cuando se encuentre en modo abierto “Open”. El Dibujo 2 muestra el diagrama de bloques de la etapa demoduladora para recuperar la información. En esta se observa nuevamente una etapa de muestreo y otra de filtrado. En la etapa de filtrado se recomienda utilizar filtros pasivo pasabajas, que eliminen las componentes de alta frecuencia correspondientes al tren pulsado. Los parámetros para el diseño del filtro deben ser: un tiempo de carga lo suficientemente rápido, mucho menor a la duración del pulso, y un tiempo de descarga lo suficientemente grande respecto al periodo de repetición del tren pulsado (consultar: STREMLER 3ed. Pág 382)

Modulación por Amplitud de Pulso y Teorema del Muestreo-Laboratorio de Comunicaciones UdeA

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Dibujo 1: diagrama de bloques modulador PAM

Generador de pulsos

Conmutadoro

Muestreador

Reloj

Señal fuente(VOZ)

A la línea otransmisior

En el Dibujo 3 se muestra los resultados de la simulación de un sistema de transmisión PAM con una señal fuente de 1 Khz y frecuencia de muestreo 10 Khz. En ella se puede apreciar cada una de las respectivas señales que se deben obtener al implementar el circuito en el laboratorio, así como los respectivos parámetros de la señal transmitida, como lo son: frecuencia de la señal fuente, frecuencia de repetición del tren pulsado, ciclo de dureza del tren pulsado, número de muestras por periodo de señal información, amplitud de la señal fuente y de la señal recuperada, entre otros.

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Dibujo 2: Diagrama de bloques del demodulador PAM

Generador de pulsos

Reloj

Señal PAMΦ

PAM(t) LPF

Conmutadoro

Muestreador

Señal Recuperada(VOZ)

Dibujo 3: Simulación sistema PAM

2. Mediciones y variación de parámetros para evaluación del teorema del muestreo● Tomando los parámetros de la simulación del dibujo 3, ajuste su sistema y proceda a

verificar el funcionamiento del circuito observando su comportamiento en el dominio del tiempo y frecuencia.

Observaciones:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

● Tomando los parámetros del punto anterior y según las indicaciones del profesor del laboratorio proceda a realizar la variación de los siguientes parámetros, mínimo un valor inferior y un valor superior al de la referencia así:

○ Variación de la frecuencia de muestreo:

Frecuencia de muestreo

# de Muestras por periodo Tm

Dutty Observaciones

○ Variación de la frecuencia de la señal fuente

Frecuencia de información

# de Muestras por periodo Tm

Frecuencia de muestreo

Observaciones

○ Variación de la amplitud de la información

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Amplitud Señal fuente Amplitud señal recuperada Observaciones

○ Ajuste una señal fuente a una frecuencia de operación 3,3 Khz y mida el ancho de banda de la señal modulada en el analizador de espectros. (Recuerde que si el analizador no permite observar componentes de baja frecuencia es necesario desplazar en frecuencia la señal PAM)

● Transmisión de voz utilizando modulación PAM○ Ajustando su sistema a una frecuencia de muestreo acorde para la transmisión

de voz (se recomienda utilizar una frecuencia de muestreo de 8 kHz) cambie la fuente de señal por un micrófono y su circuito de acondicionamiento de señal. En la salida del demodulador se debe utilizar un parlante para escuchar el mensaje transmitido (el filtro debe estar diseñado para recuperar la señales de voz, se recomienda una frecuencia de corte de 4 kHz)

○ Opcional ( si no cuenta con micrófono puede utilizar la salida de audio de un portátil, Ipod, Discman, Mp3 u otro dispositivo de reproducción de audio) Tenga encuenta el ancho de banda del la señal fuente para diseñar el filtro de pasa- bajos en el receptor.

○ Relacionar sus observaciones

Preguntas:1. ¿Que es ALIAS? ¿En que casos es evidente este efecto en el laboratorio?2. Definir ISI y que parámetro del sistema implementado garantiza que no ocurra este

fenómeno3. ¿Que ventaja existe en la modulación PAM con respecto a la modulación DSB-FC en

términos de ancho de banda?4. Nombre otros tipos de modulación de pulsos e indique las posibles ventajas o

desventajas para transmitir señales de voz.

Bibliografía:

• Leon W. Couch, II “Sistemas de comunicaciones digitales y analógicos” 7a ed. Pearson

• F.G. Stremler “Introducción a los sistemas de comunicación” 3a ed Pearson

• Páginas de Internet: http://www.doctronics.co.uk/4016.htm

http://cnyack.homestead.com/files/modulation/modpam.htm

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