Transmisión de Desplazamiento de Fase (PSK)

 PSK (Phase-shift keying), es una modulación de fase donde la señal moduladora (datos) es digital.

Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se tienen en cuenta los desplazamientos de fase y PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones.

Las consideraciones que siguen a continuación son válidas para ambos casos.

En PSK el valor de la señal moduladora está dado por:

mientras que la señal portadora vale:

vp(t) = Vp cos(2π fp t)

En donde Vp es el valor pico de la señal portadora y fp es la frecuencia de la señal portadora.

La modulación PSK está caracterizada por

v(t) = vp(t) . vm(t)

o sea

v(t) = Vp . Vm cos(2π fp t)

Luego para Vm = 1

v(t) = Vp cos(2π fp t)

y para Vm = -1

v(t) = -Vpcos(2π fp t) = Vpcos(2π fp t + π)

Entre las dos últimas expresiones de v(t), existe una diferencia de fase de 180º, y la señal varia entre dos fases, es por ello que se denomina 2PSK.

Elaborado por: Israel Flores Quintos

recuperado de: https://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/psk

Radiodifusión Digital

La radiodifusión digital utiliza el espectro de frecuencias radioeléctricas mucho más eficazmente que la radiodifusión analógica ya que, por ejemplo, cuatro servicios de TV digital terrenal ocupan el mismo espectro que un solo servicio de TV analógica. Esta "magia" digital se debe a la combinación de la compresión digital de las señales de audio y vídeo con avanzados sistemas de modulación digital. (1)

La compresión digital consiste en suprimir información redundante (por ejemplo, las partes de una imagen de TV que son idénticas a las enviadas en la imagen anterior) o apenas audible (por ejemplo, el sonido de un alfiler que cae al suelo durante una tormenta) antes de la transmisión, y reconstruir una señal muy similar a la original en el receptor. La compresión de vídeo ofrece una imagen de alta calidad cuando se transmiten aproximadamente 2% de los datos originales, lo cual significa que el 98% de los datos originales se descartarán antes de la transmisión. La compresión de audio es más difícil, ya que se ha de transmitir hasta 10% de los datos originales para garantizar un sonido de alta calidad en recepción. (1)

La modulación implica agregar información a la transmisión de radio (como una señal que representa contenido de audio o video). La modulación de amplitud (AM) y la modulación de frecuencia (FM) se utilizan ampliamente en la radiodifusión analógica. La radiodifusión digital utiliza el espectro de manera más eficiente que AM o FM y es menos sensible a las interferencias y las interferencias inducidas por ruido. La televisión digital por satélite generalmente usa modulación QPSK, mientras que la transmisión terrestre usa sistemas de modulación más complejos, como la multiplexación por división de frecuencia ortogonal codificada (COFDM), que se usa en el mundo de DVB-T, T-DAB y transmisión digital porque proporciona múltiples PATH. interferencia. (2)

Es muy interesante el aumento significativo de la eficiencia del espectro provocado por la radiodifusión digital, porque el espectro radioeléctrico es un recurso muy valioso y, en muchos países europeos, la demanda supera con creces la oferta. Sin embargo, tendemos a sospechar de quienes nos prometen "no hacer nada" porque la experiencia demuestra que a menudo hay problemas ocultos. Entonces, ¿existen desventajas para la radiodifusión digital? (3)

De hecho, la mejora de la eficiencia en la utilización del espectro tiene el costo de aumentar la complejidad del procesamiento de señales del transmisor y receptor digital. Debido a los recientes avances tecnológicos, los microcircuitos integrados tienen el poder de cómputo de las computadoras, y hace apenas diez años, las computadoras ocupaban toda la habitación.(3)

Hasta que se eliminen todos los servicios de radio y televisión analógicos existentes, la transmisión digital no se podrá utilizar por completo. Para no privar a los auditores y televidentes de sus servicios actuales, este cambio no puede ocurrir hasta que todas las radios y televisores analógicos (excepto VTR) sean reemplazados por equipos digitales o equipados con convertidores digitales (como VCR). Equipo multimedia digital para televisión.(4)

Incluso si los receptores digitales son relativamente baratos, está claro que el reemplazo total de millones de receptores analógicos no ocurrirá de la noche a la mañana, porque el público tendrá que pagar por el nuevo equipo. Sin embargo, en 2003, todas las transmisiones de televisión analógica terrestre en el área de Berlín cesaron seis meses después de que comenzara la transmisión DVB-T.(4)

Referencias bibliográficas

1. Almarza, J. (s. f.). Radiodifusión digital terrestre análisis del estándar DVB-T. Recuperado 28 de mayo de 2021, de http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-48212006000400006
2. pressinfo. (s. f.). DE LA RADIODIFUSIÓN ANALÓGICA A LA DIGITAL – RESPUESTAS A DIVERSAS NECESIDADES. Recuperado 28 de mayo de 2021, de https://www.itu.int/itunews/manager/displayException.asp?lang=es&year=2004&issue=04&ipage=replanning&ext=html
3. Galperin, H. (2008). El dividendo digital y el futuro de la radiodifusión en América Latina.
4. Rodríguez, C. A. (2009). La radiodifusión internacional ante la convergencia digital. Futuros, realidades e imaginaciones. Signo y Pensamiento, 28(54), 377-380.

Convertidor Análogico

 

Un convertidor analógico a digital (ADC) es un dispositivo que convierte una señal analógica variable en el tiempo a una representación de números digitales de la amplitud de esa señal.

Casi todas las señales físicas del mundo real son analógicas en naturaleza. Algunos ejemplos incluyen sonido, luz, temperatura y movimiento. Un transductor es un dispositivo que se puede utilizar para convertir una señal física de interés en una señal eléctrica analógica que en última instancia conduce la entrada de un ADC.

Existen muchos parámetros de rendimiento clave de un ADC. Los dos principales son la velocidad y la resolución de la muestra. La tasa de muestra del ADC es la frecuencia en la que la señal de entrada se prueba. Esta velocidad de muestreo determina el ancho de banda máximo de la señal de entrada y normalmente es mayor que el doble de la señal de entrada más alta, también conocida como la tasa de Nyquist.  La resolución del ADC determina la precisión de la representación digital discreta que se puede producir sobre el rango de los valores analógicos.

Existen muchos tipos diferentes de ADC disponibles. Los ADC flash (que no deben confundirse con la memoria Flash) se utilizan para la conversión analógico a digital de alta velocidad, pero tienen un consumo de energía relativamente alto. Los ADC de aproximaciones sucesivas sacrifican velocidad y precisión para obtener una conversión de bajo costo y baja potencia. Los ADC basados en​delta-sigma utilizan el sobre muestreo y la conformación de ruido de cuantificación para lograr una resolución muy alta a costa de la velocidad. Los ADC de segmentación se utilizan en aplicaciones de alta velocidad con una mayor necesidad de resolución a expensas de una mayor potencia y la latencia.

bibliografia:

https://www.arrow.com/es-mx/categories/data-acquisition/data-converters/adcs

Elaborado por: Flores Quiroz Sergio Luis.

Modulación PW-M

 La modulación por ancho de pulsos (también conocida como PWM, siglas en inglés de pulse-width modulation) de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D=T/T

D es el ciclo de trabajo

${\displaystyle \tau }$ es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso)

T es el período de la función

La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra y el ciclo de trabajo está en función de la portadora.

La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Estas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.

Aplicaciones:

En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos juguete funcionales que puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos termoeléctricos, choppers para señores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones. Se distinguen por fabricar este tipo de integrados compañías como Texas Instruments, National Semiconductor, Maxim, y algunas otras más.

En los motores:

La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto (encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado normalmente por relès (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).

Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía en forma de calor en esta resistencia.

Otra forma de regular el giro del motor es variando el tiempo entre pulsos de duración constante, lo que se llama modulación por frecuencia de pulsos.

En los motores de corriente alterna también se puede utilizar la variación de frecuencia.

La modulación por ancho de pulsos también se usa para controlar servomotores, los cuales modifican su posición de acuerdo al ancho del pulso enviado cada un cierto período que depende de cada servo motor. Esta información puede ser enviada utilizando un microprocesador como el Z80, o un microcontrolador (por ejemplo, un PIC 16F877A, 16F1827, 18F4550, etc. de la empresa Microchip).

Como parte de un conversor ADC:

Otra aplicación es enviar información de manera analógica. Es útil para comunicarse de forma analógica con sistemas digitales.

Para un sistema digital, es relativamente fácil medir cuanto dura una onda cuadrada. Sin embargo, si no se tiene un conversor analógico digital no se puede obtener información de un valor analógico, ya que sólo se puede detectar si hay una determinada tensión, 0 o 5 voltios por ejemplo (valores digitales de 0 y 1), con una cierta tolerancia, pero no puede medirse un valor analógico. Sin embargo, el PWM en conjunción con un oscilador digital, un contador y una puerta AND como puerta de paso, podrían fácilmente implementar un ADC..

Bibliografia:

https://www.britannica.com/technology/pulse-duration-modulation

Elaborado por: Flores Quiroz Sergio Luis.

CONVERTIDOR DIGITAL-ANALÓGICO CON PWM

 Elaborado por: Juárez Gonzáles Juan Carlos.

Una solución muy frecuente es usar un circuito DAC (convertidor digital analógico) aparte del micro controlador, lo que es muy útil, pero tiene dos inconvenientes: es un circuito mas, lo que es mas espacio y costo, aparte de que puede requerir muchas líneas de señales por parte de nuestro procesador, en el caso de que la interfaz sea paralela.

Pero todos los microcontroladores tienen por lo menos un timer y en la mayoría de los casos se puede usar como un modulador de ancho de pulso (PWM)

En el caso de que se cuente con estos recursos. se puede usar el timer/PWM para hacer conversiones de digital a analógico usando un arreglo de una resistencia, un capacitor y un amplificador operacional.

El circuito es un filtro pasabaja de primer orden y el amplificador operacional sirve para evitar que se caiga el voltaje de salida debido a la carga que le coloquemos. (2015)

Teoría de Control

La teoría del control es un campo interdisciplinario de la ingeniería y las matemáticas, que tiene que ver con el comportamiento de sistemas dinámicos. A la entrada de un sistema se le llama referencia. Cuando una o más variables de salida de un sistema necesitan seguir cierta referencia sobre el tiempo, un controlador manipula la entrada al sistema para obtener el efecto deseado en la salida del sistema (realimentación). La realimentación puede ser negativa (regulación autocompensatoria) o positiva (efecto "bola de nieve" o "círculo vicioso"). Es de gran importancia en el estudio de la ecología trófica y de poblaciones.

El concepto de bucle de control para controlar el comportamiento dinámico de la referencia: se trata de realimentación negativa, pues al valor registrado se le resta el valor deseado para crear la señal de error, que es amplificada por el controlador.

bibliografía:

Joseph L. Hellerstein, Dawn M. Tilbury, and Sujay Parekh (2004). Feedback Control of Computing Systems. John Wiley and Sons. ISBN 978-0-471-26637-2.

 Elaborado por: Israel Flores Quintos

Función de Heaviside

La función de Heaviside o también conocida como función del escalón unitario fue realizada por Oliver Heaviside quien fue un autodidacta físico y matemático inglés que vivió entre 1850 y 1920. Esta persona, además de haber realizado dicha función realizó muchas otras cosas, sin embargo, en esta sección nos basaremos únicamente en la función del escalón unitario.

Bueno, esta función es una función discontinua, de hecho la manera por que se le llama  función de escalón es debido a la forma que se origina por la función que utiliza.

Como podemos ver en la imagen, la figura tiene la forma de un escalón puesta que va de 0 a 1, cabe mencionar que el valor de 0 será para cualquier imagen negativa y q para cualquier imagen positiva, algo similar se puede entender en su representación matemática:

Esto quiere decir que si tenemos una función, dicha función valdrá cera, esto será hasta que x sea igual a 2, a partir de ese momento valdrá 1.

En la imagen que se muestra en la parte de arriba podemos darnos cuenta que se cumple lo anteriormente dicho puesto que en un principio comienza en 0 y al pasar 1 el valor actual será 2, haciendo la figuración de un escalón. De hecho algunas de las aplicaciones que tiene esto es con referencia al área de control de señales y procesamiento de señales.

Si deseas conocer un poco más acerca de este gran tema te recomendamos dirigirte a los siguientes enlaces:

• https://www.calculisto.com/topics/transformada-de-laplace/summary/666
• https://youtu.be/FTtYOG_OznU

Referencias Bibliográficas

• Colegio Oficial Ingenieros de Telecomunicación. (s. f.). HEAVISIDE, Oliver. Recuperado 12 de abril de 2021, de https://forohistorico.coit.es/index.php/personajes/personajes-internacionales/item/heaviside#:%7E:text=Oliver%20Heaviside%2C%20(Londres%2C%201850,y%20del%20electromagnetismo%20de%20Maxwell.
• Figueroa, G. (s. f.). Función Escalón. Recuperado 12 de abril de 2021, de https://tecdigital.tec.ac.cr/revistamatematica/cursos-linea/EcuacionesDiferenciales/EDO-Geo/edo-cap5-geo/laplace/node6.html
• Transformada de Laplace de la función escalón de Heaviside. (s. f.). Recuperado 12 de abril de 2021, de https://www.calculisto.com/topics/transformada-de-laplace/summary/666

Elaborado por: Lizeth Méndez Pérez