FORMATO: M-04-2015 (V. 1.15) GUÍA DE PRÁCTICA DE LABORATORIO DATOS GENERALES: CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA DIGITAL Y TELECOMUNICACIONES ASIGNATURA: COMUNICACIONES II No. de práctica TÍTULO DE LA PRÁCTICA: MODULADOR Y DEMODULADOR ASK NOMBRES Cristian Astudillo 2 CURSO: A. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA A1. Medir y ajustar un circuito modulador de amplitud. 1. Estudiar los principios de la modulación y demodulación ASK. A2. Implementar un modulador ASK. A3. Implementar demoduladores ASK coherentes y no-coherentes. B. FUNDAMENTO TEÓRICO Cuando se requiere transmitir datos digitales sobre un canal pasa banda, es necesario modular una onda portadora con límites de frecuencias fijas impuestos por el canal con el dato entrante. El dato puede ser la salida de un sistema digital u ondas PCM generadas por señales de audio y video digitalizadas. El canal puede ser un canal del teléfono, enlace de radio de microonda, o un canal satelital. La modulación se define como el proceso mediante el cual algunas características de la portadora son variadas de acuerdo con la onda moduladora. En comunicación digital, la onda moduladora consiste de datos binarios o una versión en codificada M-aria de ella. Para la portadora, se acostumbra usar una onda senoidal. Con una portadora sinusoidal, la característica usada por el modulador para distinguir una señal de la otra es el cambio de Escalón en la amplitud, frecuencia o fase de la portadora. El resultado de este proceso de modulación es desplazamiento de amplitud (ASK), desplazamiento de frecuencia (FSK), o desplazamiento de fase (PSK), los cuales pueden considerarse como casos especiales de la modulación de amplitud, modulación de frecuencia y modulación de fase, respectivamente. Modulador ASK Una señal modulada ASK puede expresarse como X ASK ( t ) =Ai cos ( w c t +∅ 0 ) 0 ≤t ≤ T ,i=1, 2, … … .., M , Donde la amplitud Ai tiene M posibles valores, la frecuencia angular ωc y la fase ∅0 son constantes. Si 1 La A representa una polarización cd. respectivamente. la portadora sinusoidal V c ( t )= Ac cos 2 π f c t . X ASK ( t ) será una señal modulada ASK binaria como M =2 ¿ se muestra en la Figura 18-1. La señal ASK transmite un mensaje binario el cual se activa cuando el dato modulador esta en alto lógico y se desactiva cuando la señal moduladora es un bajo lógico. La Figura 18-2 muestra un modulador ASK. Claramente la señal modulada ASK V T (t ) con estas de dos niveles [ V D ( t ) +V L ] A C Y [ V D ( t )+V H ] A C correspondientes a VL y VH de la señal moduladora V D ( t ) . La señal modulada V T ( t ) puede expresarse como V T ( t )=[ V D ( t ) + A ] AC cos 2 π f C t Las formas de onda de V D ( t ) . y la señal moduladora V D t es un dato binario. A 1=0 y A2= A . donde A es una constante arbitraria). 2 . Este también se conoce como modulación On-Off (OOK). [V D ( t ) + A ] y V T ( t ) están mostradas en la Figura 18-3. 3 . el sistema se conoce como no coherente. el sistema se conoce como síncrono: si se usa una técnica de señalización en la cual la señal de reloj no es necesaria.Un sistema de comunicación digital se conoce como coherente si se dispone de una referencia local para la demodulación. el sistema se conoce como asíncrono. Si una señal periódica está disponible en el receptor es decir. sincronizado con la secuencia de las señales transmitida (señal de reloj). De lo contrario. Esto es. la señal de referencia debe estar en fase con la portadora transmitida (tomando en cuenta los desplazamientos de fase debido a retardos de transmisión). Demodulador ASK La demodulación ASK es un proceso que restaura la señal moduladora digital de la señal ASK recibida. El circuito que realiza la demodulación ASK es llama demodulador ASK. La Figura 18-4 muestra el funcionamiento de la demodulación ASK. 4 . Los demoduladores ASK pueden clasificarse en dos tipos: demoduladores no coherentes y coherentes. 5 . El componente cd es bloqueado mediante acople ca y el componente diente de sierra de alta frecuencia es rechazado por un filtro pasa bajas.A. Demodulador ASK No coherente La Figura 18-5 muestra los bloques funcionales y formas de onda de un demodulador ASK no coherente. VE es por consiguiente la envolvente positiva mas un componente cd y componentes diente de sierra. La salida del detector de envolvente. Un comparador de tensión compara la salida del LFP V LP ( t ) con una tensión umbral fija y produce una señal de salida digital V 0 igual a la señal moduladora original. El detector de envolvente remueve la portadora de alta frecuencia y bloquea la parte negativa de la señal ASK recibida V R . 6 . y la señal portadora reconstruida VLO(t) están conectada a las entradas del multiplicador. El componente cd es bloqueado por el acople ca y el componente diente de sierra de alta frecuencia es rechazado por el filtro pasa bajas. el segundo término es la señal digital de moduladora. V R ( t )=V T ( t )=[ V D ( t )+ A ] A R cos 2 π f C t La señal portadora V LO ( t ) es recuperada por el circuito de recuperación de portadora del V R ( t ) . El comparador de tensión compara la salida del LPF V LP ( t ) con una tensión umbral fija y produce la señal de salida digital V0 igual a la señal moduladora original Descripción del circuito practico 1. El multiplicador (1) realiza la función de modulación ASK. doble de la frecuencia portadora.B. Modulador ASK En la Figura 18-7 se muestra el modulador ASK práctico. 7 . y el tercer término es la señal ASK con una frecuencia de 2fc. Demodulador ASK Coherente La Figura 18-6 muestra el diagrama de bloques del demodulador ASK coherente. V LO ( t ) =A LO cos 2 π f c t +∅ Cuando la señal ASK recibida V R ( t ) . La señal ASK recibida V R (t ) es igual a la señal ASK transmitida V T (t ) . la salida del multiplicador se convierte en V X ( t )=[ v D ( t )+ A ] A R A LO cos 2 π f C t cos ( 2 π f C t+ ∅ ) ¿ [ AA R A LO 2 ] [ A A 2 ] A A [ ] cos ∅ + R LO cos [ ∅ V D ( t )+ [ V D ( t ) + A ] ] R LO cos ( 2 π 2 f c t +∅ ) 2 El primer término de la ecuación es un componente cd. Demodulador ASK A La Figura 1'8-8 muestra el demodulador ASK no coherente. Si la portadora V C (t )= A C cos 2 π f c t . (3) Si ( α =0 ) . Esto se conoce también como modulación On-Off (OOK). dos niveles de tensión de V T (t ) son 0. 8 .5+α ) A C cos 2 π f c t Si V D ( t )=V L =0 V .5+α ) A C representa un alto y los otros (α A C ) representan un bajo. entonces V T ( t ) ≒ ( 0. entoncesV T (t ) ≒ α AC cos 2 π f c t (2) La señal modulada ASK V T (t ) tiene dos tensiones discretas: ( 0.5 AC y O. 2. La salida del multiplicador VT(t) se expresa como V D (t )V c (t ) V T ( t )= +α V c ( t ) 10 El valor a se divide por el valor del potenciómetro VR1. V T ( t ) entonces V T ( t )= [ 1 ] V ( t ) + α AC cos 2 π f c t 10 D 1) La señal moduladora digital V D ( t ) tiene dos niveles de tensión: V H ¿ 5 V y V L=0 V Si V D ( t )=V H =5 V . (3) El filtro pasa bajas (LPF) rechaza el componente diente de sierra de la señal VE out. 9 . El componente cd de la señal VE out es bloqueada por el condensador de acople C2 cuando la señal está conectada a la terminal ln (ac). (2) El detector de envolvente bloquea la parte negativa de la señal VR in y detecta la parte positiva. (4) La salida del comparador es una señal digital TTL (OV y 5V). Este comparador usa como entrada la señal de salida del LPF ( V LP out).(1) El multiplicador (1) funciona como un modulador ASK. La frecuencia de la señal portadora recuperada en la terminal VLO out es igual a la portadora original en el transmisor. (5) El comparador compara la señal VLP out con el potencial de tierra y recupera la señal moduladora original. El componente de cd es bloqueado por el condensador de acople ca C2. La fase puede sincronizarse con la portadora original ajustando el potenciómetro VR5. (2) El lazo de enganche de fase (PLL) y el filtro pasa banda (BPF) constituyen un circuito de recuperación de portadora el cual reconstruye la señal portadora. (4) El filtro pasa bajas (LPF) se usa para rechazar los componentes de alta frecuencia de la señal de salida del multiplicador (2) (Vx out). El modulo KL-94005 mostrado en la Figura 18-10 consta de un modulador ASK. y demodulador ASK coherente. 10 .(1) El multiplicador (1) funciona como un modulador ASK el cual convierte la señal moduladora digital en una señal modulada ASK. demodulador ASK no coherente. (3) El multiplicador (2) realiza la multiplicación de la señal ASK recibida y la señal portadora recibida. 11 . LISTADO DE MATERIALES O HERRAMIENTAS C1. Repita los pasos D4. Ubique el circuito modulador ASK mostrado en la Figura 18-7 en el módulo KL-94005. Conecte una onda cuadrada de 10KHz.C. 12 . D17. colóquela en el terminal VTout. Experimento 18-2. y con la punta de prueba del canal 2. D11. nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. D4. Modulador ASK D1. de nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. D12. Gire VR1 completamente en sentido a las manecillas del reloj para obtener una amplitud máxima de la señal modulada ASK en VT out. D3. Conecte una onda seno de 500KHz. D6 y D7. Conecte una onda cuadrada de 50KHz. nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. Repita los pasos D4. 4Vpp en la terminal VC Carrier in. Demodulador ASK no coherente D14. Dos puntas de prueba C6. D2. D10. Conecte una onda cuadrada de 20KHz. D5. Con la punta de prueba del canal 1 del osciloscopio. D6 y D7. colóquela en el terminal VDsignal. D7. INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LA PRÁCTICA Experimento 18-1. nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. D6. Complete el demodulador ASK no coherente mostrado en la Figura 18-8 colocando los jumpers en las posiciones 2. Gire VR1 completamente en sentido a las manecillas del reloj para fijar una amplitud máxima en la terminal VT out. Conecte una onda cuadrada de 1 KHz. coloque la frecuencia central de acuerdo al paso D2 y Span de acuerdo a la frecuencia de bit de la señal digital. 4Vpp en la terminal VC Carrier in. Osciloscopio C4. Mida y registre la forma de onda de la señal ASK en la Tabla 18-1. Modulo KL-94005 C3. Modulo KL-96001 C2. Repita los pasos D4. Con el analizador de espectros registre la señal de salida VTout. 6. D13. Analizador de espectros C5. 3 Jumpers D. Coloque los resultados en la Tabla 18. y 8. Conecte una onda cuadrada de 20KHz. D5. Registre la señal resultante en la Tabla 18-1. D5. D5.2 D8. 12 cables banana C8. Cable de Energía entre Módulos C7. Conecte una onda seno de 500KHz. D9. D16. Mida y registre la forma de onda de la señal ASK en la Tabla 18-1. D6 y D7. Superponga las dos señales con las perillas de posición vertical de ambos canales. de nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. D15. Gire VR1 completamente en sentido contrario a las manecillas del reloj para obtener una amplitud mínima de la señal modulada ASK en VT out. de nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. 13 . E. VD Signal in (Nivel TTL) 10kHz Forma de Onda VT out (VR1 Forma de Onda VT out (VR1 completamente en sentido completamente en sentido VTout y VDsignal Señal horario) antihorario) superpuesta. Conecte una onda cuadrada de 10KHz. RESULTADOS OBTENIDOS Tabla 18. D20. Mida y registre las formas de onda en las terminales VT out. D22. RESULTADOS OBTENIDOS F. Conecte una onda cuadrada de 50KHz. D19. Conecte una onda cuadrada de 1 KHz. y Vo out en la Tabla 18-3. D24. de nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. VE out. VLP out. de nivel TTL desde TTL/CMOS out del generador de funciones a la terminal VD Signal in. D21. VD Signal in (Nivel TTL) 1kHz Forma de Onda VT out (VR1 Forma de Onda VT out (VR1 completamente en sentido completamente en sentido VTout y VDsignal Señal horario) antihorario) superpuesta. Compare las formas de onda en las terminales VD Signal in y Vo out y anote sus comentarios. D23. Repita el paso D18.1 VD Signal in (Nivel TTL) 20kHz Forma de Onda VT out (VR1 Forma de Onda VT out (VR1 completamente en sentido completamente en sentido VTout y VDsignal Señal horario) antihorario) superpuesta. D18. Repita el paso D18. Repita el paso D18. Tabla 18-2 VD Signal in (Nivel TTL) 20kHz Espectro de Frecuencia VT out (VR1 Espectro de Frecuencia VT out (VR1 completamente en sentido horario) completamente en sentido antihorario) VD Signal in (Nivel TTL) 1kHz Espectro de Frecuencia VT out (VR1 Espectro de Frecuencia VT out (VR1 completamente en sentido horario) completamente en sentido antihorario) VD Signal in (Nivel TTL) 10kHz Espectro de Frecuencia VT out (VR1 Espectro de Frecuencia VT out (VR1 completamente en sentido horario) completamente en sentido antihorario) 14 . VD Signal in (Nivel TTL) 50kHz Forma de Onda VT out (VR1 Forma de Onda VT out (VR1 completamente en sentido completamente en sentido VTout y VDsignal Señal horario) antihorario) superpuesta. VD Signal in (Nivel TTL) 50kHz Espectro de Frecuencia VT out (VR1 Espectro de Frecuencia VT out (VR1 completamente en sentido horario) completamente en sentido antihorario) Tabla 18-3 VD Signal in (Nivel TTL) 20kHz Forma de onda VT out Forma de onda VE out Forma de onda VLP out Forma de onda Vo out VD Signal in (Nivel TTL) 1kHz Forma de onda VT out Forma de onda VE out Forma de onda VLP out Forma de onda Vo out 15 . VD Signal in (Nivel TTL) 10kHz Forma de onda VT out Forma de onda VE out Forma de onda VLP out Forma de onda Vo out VD Signal in (Nivel TTL) 50kHz Forma de onda VT out Forma de onda VE out Forma de onda VLP out Forma de onda Vo out G. SIMULACIONES CÁLCULOS (Sección a usar si la asignatura lo requiere) H. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 16 . ¿Es la forma de onda en la terminal VT out una señal modulada ASK? Vt out si es una señal moduladora ASK. teniendo muy en cuenta la manera correcta de conectar y de mover los potenciómetros para que tener una buena práctica. 17 . pero se asemejan mucho lo cual nos da por entendido que la práctica es excelente para entenderlo. Describa la función del comparador. en resumen convierte una señal senoidal en una digital. ¿Es la forma de onda en la terminal VT out una señal modulada OOK? No es una señal OOK . 2. Se recomienda tener bien calibradas las puntas del osciloscopio. I.Mediante la practica de ASK retroalimentamos y complementamos los conocimientos de la clase dada. Se recomienda seguir el orden de la práctica según la guía. El comparador o VLP se encarga de darnos la onda resultante luego que paso por los filtros pasa bajos. ANEXOS 1. BIBLIOGRAFÍA J. ya que es una señal ASK 3. también nos dimos cuenta que al ser equipos de laboratorio las gráficas no son exactas como la teoría .