UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería

Licenciatura en Electrónica y Telecomunicaciones.

Tema 2.4“Modulación por códigos de pulsos”

Sistemas de Telecomunicaciones II

21/Marzo/2013

PALABRAS CLAVE

Modulación

PCM

Pulsos

Código

INTRODUCCIÓN

Modulación por codificación de pulsos (PCM). Este tipo de modulación, sin duda la más utilizada de todas las modulaciones de pulsos es, básicamente, el método de conversión de señales analógicas a digitales, PCM siempre conlleva modulación previa de amplitud de pulsos

En algunos lugares se usa el término: MIC = Modulación por impulsos codificados, aunque es de uso común, el término es incorrecto, pulso e impulso son conceptos diferentes, al igual que codificación de pulsos y pulsos codificados.

Es un procedimiento de modulación utilizado para transformar una señal analógica en una secuencia de bits (señal digital). Una trama o stream PCM es una representación digital de una señal analógica en donde la magnitud de la onda analógica es tomada en intervalos uniformes (muestras), cada muestra puede tomar un conjunto finito de valores

En la figura de la derecha observamos que una onda senoidal está siendo muestreada y cuantificada en PCM. Se toman las muestras a intervalos de tiempo regulares (mostrados como segmentos sobre el eje X). De cada muestra existen una serie de posibles valores (marcas sobre el eje Y). A través del proceso de muestreo la onda se transforma en código binario (representado por la altura de las barras grises), el cual puede ser fácilmente manipulado y almacenado.

En la Figura 1 se muestra la disposición de los

elementos que componen un sistema que utiliza la

modulación por impulsos codificados. Por razones

de simplificación, sólo se representan los elementos

para la transmisión de tres canales. En la Figura 2

tenemos las formas de onda en distintos puntos del

sistema anteriormente representado Figura 1.- Disposición de elementos en un sistema

MIC

Figura 2.- Formas de onda en diversos puntos de un sistema MIC

Ventajas de la modulación PCM

La modulación por codificación de pulsos está presente, bien sea en la forma tratada antes, o en alguna de sus variantes, en la mayoría de las aplicaciones para transmitir o procesar información analógica en forma digital. Sus ventajas se resumen en el hecho de emplear codificación de pulsos para la representación digital de señales analógicas, característica que lo distingue de todos los demás métodos de modulación analógica. Algunas de sus ventajas más importantes son:

Robustez ante el ruido e interferencia en el canal de comunicaciones. Regeneración eficiente de la señal codificada a lo largo de la trayectoria de transmisión. Formato uniforme de transmisión para diferentes clases de señales en banda base, lo que permite

integrarlas con otras formas de datos digitales en un canal común mediante el multiplexado en tiempo. Facilidad de encriptar la información para su transmisión segura.

El precio a pagar por las ventajas anteriores es el mayor costo y complejidad del sistema, así como el mayor ancho de banda necesario. Respecto a la complejidad, la tecnología actual de circuitos integrados en gran escala (VLSI) ha permitido la implementación de sistemas a, relativamente bajo costo y facilitado el crecimiento de este método o de sus variantes.

Desventajas

Mayor costo del sistema.

Mayor complejidad del sistema.

Mayor ancho de banda necesario.

Respecto a la complejidad, la tecnología actual de circuitos integrados en gran escala (VLSI) ha permitido la implementación de sistemas a, relativamente bajo costo y facilitado el crecimiento de este método o de sus variantes.

ACTIVIDAD

DIGITALIZADOR DE VOZ.Existen dos tendencias para realizar la digitalización de la voz con velocidades más lentas. La Modulación Diferencial de Impulsos Codificados (DPCM), que consiste en trocear la banda vocal en cinco intervalos llegando a obtener 16 kbit/s, que aún mantiene los parámetros de la persona que habla, es decir del timbre. Esto permitiría utilizar canales de FM en VHF (144MHz) de 25 kHz, si bien la tendencia es pasar a 12.5 kHz de ancho de banda por canal, con lo que debería reducirse la velocidad de emisión de la voz digitalizada bajando por debajo de los 16 kbit/s.Otra técnica es la del Sintetizador o LPC. Se basa en el estudio de la voz, del que se deduce que sólo se utilizan unos 40 fonemas y de estos sólo 10 por segundo. Teóricamente con un ancho de banda de 400 a 600 Hz debería poderse enviar a voz. Actualmente con esta técnica se hacen síntesis de mensajes pregrabados. Se extraen los formatos de la voz y he ahí todos los fonemas o parámetros LPC se pueden introducir en una ROM. Con un generador de ruido y los parámetros de la ROM se reproduce la voz aceptablemente. Después de considerar ciertas cuestiones teóricas importantes para la comprensión de la digitalización de la voz, se procede a describir por etapas el circuito del que lleva por nombre éste proyecto.3.1).-Consideraciones.Para comenzar con el tema en cuestión, se puede decir que éste proceso consta de 2 etapas y se conoce como Modulación por Código de Pulso (PCM) La señal vocal tiene componentes de frecuencia que pueden llegar a los 10 kHz, sin embargo la mayor parte de los sonidos vocales tienen energía espectral significativa hasta los 5 kHz. La frecuencia de muestreo dependerá del tipo de aplicación, para señales de voz se adopta un rango de 6Khz. a 20 kHz. Dependiendo de la resolución que se desee. Otra consideración que se debe tener en cuenta es la cuantificación de la señal, la cual involucra la conversión de la amplitud de los valores muestreados a forma digital usando un numero de determinado de bits. El número de bits usado afectará la calidad de la voz muestreada y determinará la cantidad de información a almacenar.Para cada instante de muestreo, el convertidor analógico-digital compara la señal muestreada con una serie de niveles de cuantificación predefinidos. El número de niveles N a usar, determina la precisión del análisis y por tanto el número de bits necesarios. Cada bit adicional que se agrega contribuye en mejorar la relación de señal a ruido en aproximadamente 6dB.La señal de voz exhibe un rango dinámico de unos 50dB. A 60 dB. Por lo que resultaría suficiente una cuantificación de 8 a 9 bits para una buena calidad de voz. Sin embargo generalmente se usa de 11 a 20 bits en aplicaciones de procesamiento de voz de alta calidad. Como se había mencionado al principio, la voz humana es obviamente analógica, es decir, no presenta cambios bruscos. La voz adaptada por un micrófono para ser analizada, no representa una señal con pendiente muy elevadas, más si una serie curvas complejas. En forma simplificada podría representarse por una señal senoidal cambiante en frecuencia y en amplitud.La señal eléctrica recogida por el micrófono es la imagen de la voz de la que proviene, también una señal analógica, resultando muy fácil de utilizar en los equipos electrónicos que usualmente conocemos, como son radios, amplificadores, tocadiscos, cassettes, teléfono, etc., y cuyo común denominador es su funcionamiento analógico.Primera etapa: Obtención de la voz. Debe emplearse un micrófono que de preferencia sea “electrec2”, y alimentarlo de acuerdo al circuito de polarización mostrado. El micrófono convierte el sonido en una señal eléctrica equivalente, el tipo de micrófono recomendado para ésta etapa es el de condensador ya que es el mejor para medir el nivel de presión sonora, Puesto que combina precisión estabilidad y una excelente respuesta en frecuencia de 20 kHz. A 20,000 kHz. Deberá tener una respuesta o más lineal posible en el rango audible. El circuito de polarización del micrófono consta de las resistencias R1 y R2 que constituyen el divisor de voltaje y de un capacitor C1 para la polarización del micrófono.

Segunda etapa: Amplificación de la señal de la voz.Dado que a la salida del micrófono la amplitud de voltaje es muy pequeña, se procede a utilizar un circuito que amplifique lo suficiente para que ésta señal sea captada por el filtro Paso-Banda, del tal manera haciendo uso del amplificador LM386 se logra una amplificación deseada. Es posible utilizar algún otro circuito amplificador como el caso del TDA2002, o incluso el conocido amplificador LM741, puesto que el objetivo de esta etapa es sólo amplificar la señal. El diagrama de conexión es muestra enseguida para un circuito utilizando un L386, puesto que por sus características es el más idóneo ya que es para audio.

Segunda etapa: Amplificación de la señal de la voz.Dado que a la salida del micrófono la amplitud de voltaje es muy pequeña, se procede a utilizar un circuito que amplifique lo suficiente para que ésta señal sea captada por el filtro Paso-Banda, del tal manera haciendo uso del amplificador LM386 se logra una amplificación deseada. Es posible utilizar algún otro circuito amplificador como el caso del TDA2002, o incluso el conocido amplificador LM741, puesto que el objetivo de esta etapa es sólo amplificar la señal. El diagrama de conexión es muestra enseguida para un circuito utilizando un L386, puesto que por sus características es el más idóneo ya que es para audio.

Tercera etapa: Filtrado de la señal de voz.

Para filtrar la señal se deberá emplear un filtro Paso-Banda como filtro selectivo en frecuencia; sólo permite pasar frecuencias entre los 300 Hz y los 3 kHz de entre otras que pudiesen estar en el circuito. Con éste arreglo de frecuencia se obtiene un a ancho de banda de 2.7 kHz. Mediante la ecuación clásica para el ancho de banda, que se enuncia a continuación por la ecuación 5.

B = f - f (5) B = 3kHz - 300Hz B = 2.7kHz FR = (300Hz)(3kHz) (6)

Sustituyendo… FR = 948.7HzAhora bien, a partir de la medida de la selectividad del filtro, se puede decir que y calificar como un circuito de banda de banda ancha por la relación de Qá0.5 La ecuación que nos ilustra esto es la ecuación 7 que a continuación se describe:

El filtro está conectado en cascada4, así que de ésta manera se logra una etapa de ganancia. La primera etapa es un circuito, un Paso-Bajo de 3kHz, cuya salida está conectada a la entrada de la segunda etapa de un circuito Paso-Alto de 300Hz. Éste par de circuitos en cascada forman el filtro activo de Paso-Banda como se muestra a continuación.

Cuarta etapa: Digitalización de la voz.

En ésta etapa es donde a partir del teorema de muestreo, se comienza el diseño, puesto que éste se debe cumplir.Recordando la ecuación (1) tenemos que SMAX f = 2fEn donde la frecuencia de muestreo S f estará dada por la resistencia y el capacitor que se conectan al convertidor ADC0804 en la terminal CLK IN, y cuyos valores estarán en función de la MAX f que se deseé digitalizar. Es justo mencionar que en este convertidor se trabaja con un voltaje de referencia dado por Vcc/2, el cual se obtendrá utilizando un simple divisor de voltaje. A continuación se muestra el circuito completo y con un bus para permitir la transmisión de datos como tal hacia un ordenador por citar un ejemplo.

CONCLUSIÓN

La modulación de pulsos codificados es una conversión analógico-a-digital de un tipo especial, donde la información contenida en las muestras instantáneas de una señal analógica se representa por palabras digitales en un flujo serial de bits.

La señal PCM se genera llevando a cabo tres operaciones básicas: muestreo, cuantización y codificación.

Las señales de PCM derivadas de todos los tipos de fuentes analógicas (audio, video etc.) pueden ser multiplexados por división de tiempo con las señales de datos (de las computadoras digitales) y transmitidas sobre un sistema de comunicación digital de gran velocidad común.

LISTA DE COTEJO

ACTIVIDADES SI NO PUNTOSTraer materialRealizar el circuitoPrimera etapa obtener vozSegunda etapa amplificación de la vozTercera etapa filtrado de la señalCálculos manualesReporte de prácticasPortada de la prácticaImágenes o fotos de la práctica

TOTAL

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Ventajas y desventajas de PCM: http://www.ecured.cu/index.php/Modulación_por_codificación_de_pulsos_PCM

Introducción PCM:

http://es.wikipedia.org/wiki/Modulación_por_impulsos_codificados

Diagramas de PCM:

http://proton.ucting.udg.mx/materias/ET201/modulo_11/2007A/Digitalizador_de_Voz.pdf

catchmouse39@gmail.com