7. CAPITULO- II: LA TECNICA MÁS ESPERADA PARA LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES: LA MODULACION
Para saber cuáles son los tipos de modulación, debemos saber previamente que es la modulación; la modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea, protegiéndola de posibles interferencias y ruidos. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir .Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, tenemos los distintos tipos de modulación.
7.1 TECNICAS DE MODULACION PRIMITIVAS
Se denomina Primitivas a las técnicas básicas de modulación que no pueden ser descompuestas en procesos más simples. Existen tres técnicas básicas y son: modulación en amplitud, modulación en frecuencia y modulación en fase. Serán descriptas someramente con el único propósito de ver cómo hoy no se modula, ya que para lograr las velocidades que se requieren hay que implementar técnicas más complejas o acudir a lo que se llama técnicas multinivel.
A continuación se hace una breve explicación de lo que son las modulaciones primitivas, cabe decir que las modulaciones AM y FM son conocidas así en las modulaciones análogas, y en las modulaciones digitales, que es nuestro centro de atención son conocidas como ASK y FSK respectivamente.
1.1.1 Modulación De Amplitud (AM)
Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.
AM es el acrónimo de Amplitude Modulation (Amplitud modulada), la cual consiste en modificar la amplitud de una señal de alta frecuencia, denominada portadora, en función de una señal de baja frecuencia, denominada moduladora, la cual es la señal que contiene la información que se desea transmitir. Entre los tipos de modulación AM se encuentra la modulación de doble banda lateral con portadora (DSBFC).
7.1.1.1 Aplicaciones tecnológicas de la AM
Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple y, por consiguiente, los receptores son sencillos y baratos; un ejemplo de esto es la radio a galena. Otras formas de AM como la modulación por Banda lateral única o la Doble Banda Lateral son más eficientes en ancho de banda o potencia pero en contrapartida los receptores y transmisores son más caros y difíciles de construir, ya que además deberán reinsertar la portadora para conformar la AM nuevamente y poder demodular la señal trasmitida.
La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias, ondas cortas, e incluso en la VHF: es utilizada en las comunicaciones radiales entre los aviones y las torres de control de los aeropuertos. La llamada "Onda Media" (capaz de ser captada por la mayoría de los receptores de uso doméstico) abarca un rango de frecuencia que va desde 550 a 1600 kHz.
Figura 3: señal en modulación AM
La figura 3 nos muestra la señal modulada en AM, es decir, que para un valor alto toma un valor de amplitud A1, y para un valor bajo en la señal toma un valor de amplitud A2. Cabe decir que un valor alto y un valor bajo de la señal se entiende por un uno (1) o un cero (0) respectivamente en la señal que va a ser modulada.
7.1.1 Modulacion de frecuencia (Fm)
Es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de amplitud (AM), en donde la amplitud de la onda es variada mientras que su frecuencia se mantiene constante). Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como FSK. La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (véase Radio FM). El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de las siglas en inglés “Wide-FM”. En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de las siglas en inglés “Narrow-FM” es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio. La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es el único método factible para la grabación de video y para recuperar de la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar con equalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de FM elimina a través de impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si se añade a la señal - que se hizo en V2000 o video 2000 y muchos formatos de alta banda - puede mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar al tiempo de corrección.
7.1.2 Modulación de fase PSK
La modulación PSK se caracteriza porque la fase de la señal portadora representa cada símbolo de información de la señal moduladora, con un valor angular que el modulador elige entre un conjunto discreto de "n" valores posibles.
La modulación PSK también se denomina “por desplazamiento” debido a los saltos bruscos que la moduladora digital provoca en los correspondientes parámetros de la portadora.
Un modulador PSK representa directamente la información mediante el valor absoluto de la fase de la señal modulada, valor que el demodulador obtiene al comparar la fase de esta con la fase de la portadora sin modular.
Imagen 4 Modulación PSK
7.1.1 Modulación por desplazamiento de amplitud ASK
Es una forma de modulación en la cual se representan los datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora.
La amplitud de una señal portadora análoga varía conforme a la corriente de bit (modulando la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s. Podemos pensar en la señal portadora como un interruptor ON/OFF. En la señal modulada, el valor lógico 0 es representado por la ausencia de una portadora, así que da ON/OFF la operación de pulsación y de ahí el nombre dado. La técnica ASK también es usada comúnmente para transmitir datos digitales sobre la fibra óptica. Para los transmisores LED, el valor binario 1 es representado por un pulso corto de luz y el valor binario 0 por la ausencia de luz. Los transmisores de láser normalmente tienen una corriente "de tendencia" fija que hace que el dispositivo emita un nivel bajo de luz. Este nivel bajo representa el valor 0, mientras una onda luminosa de amplitud más alta representa el valor binario 1.
7.1.2 Modulación por desplazamiento de frecuencia FSK
Es una técnica de transmisión digital de información binaria (ceros y unos) utilizando dos frecuencias diferentes. La señal moduladora solo varía entre dos valores de tensión discretos formando un tren de pulsos donde un cero representa un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio”. En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps).
Imagen 5 Modulación FSK
7.1.1 Modulación de amplitud en cuadratura
Es una técnica de modulación digital avanzada que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora de información tanto en amplitud como en fase. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasando 90º la fase y la amplitud.
La señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales previamente moduladas en DBL-PS (Doble Banda Lateral - con Portadora Suprimida)
Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:
Ø Módems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps.
Ø Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).
Ø Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.
Ø Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.
7.1.1.1 Funcionamiento
La modulación QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura.
La ecuación matemática de una señal modulada en QAM es:
Las amplitudes de las dos señales moduladas en ASK (a y b), toman de forma independiente los valores discretos an y bn correspondientes al total de los “N” estados de la señal moduladora codificada en banda base multinivel, según la ecuación N= n * m.
Una modulación QAM se puede reducir a la modulación simultánea de amplitud ASKn,m de fase que esta dispone, mantienen con las amplitudes de las portadoras originales
La inmunidad que tiene la señal modulada en cuanto a las perturbaciones y al ruido de la línea, es mayor cuanto más separados estén los puntos del diagrama de estados. Se trata, pues, de buscar una "constelación" de puntos, en analogía con la astronomía, con unas coordenadas de amplitud y fase que hagan máxima la separación entre ellos.
Como pudimos ver, en la parte anterior del trabajo, se tomó una serie de modulaciones utilizadas comúnmente en los sistemas de comunicaciones tradicionales. Por ejemplo, podemos decir que las modulaciones ASK, FSK y PSK, modulaciones en amplitud, frecuencia y fase respectivamente, son ideales para comunicaciones simples, donde no existe un “tráfico pesado” de datos, ya sea voz o datos, valga la redundancia. Pero, cuando es necesario un tráfico mayor de datos, y se necesita economizar ancho de banda por que el canal de transmisión tiene una capacidad baja, ¿qué se hace? Se necesita de moduladores mucho más potentes y capaces de encapsular más información y transmitirla en un canal de capacidad promedio, para esto surgió la modulación QPSK y posteriormente la modulación QAM, la cual nombramos a grandes rasgos anteriormente.
Pero es necesario hacer un alto, y mostrar estas dos modulaciones, ya que son las soluciones actuales en los sistemas de comunicación, por ejemplo, los canales telefónicos de telefonía fija, usan modulación 256 QAM y se está pensando en aumentar a 512 QAM, donde la constelación de la modulación sería sumamente compleja de dibujar y de explicar. A continuación mostraremos un poco más de la modulación QPSK que usa cuatro símbolos para transmitir un dato, y las distintas configuraciones de los moduladores N-QAM, donde N es la cantidad de símbolos existentes en la modulación.
7.1.1 MODULACION QPSK
La transmisión por desplazamiento de fase cuaternaria (QPSK) o, en cuadratura PSK, como a veces se le llama, es otra forma de modulación digital de modulación angular de amplitud constante. La QPSK es una técnica de codificación M-ario, en donde M=4 (de ahí el nombre de “cuaternaria”, que significa “4”). Con QPSK son posibles cuatro fases de salida, para una sola frecuencia de la portadora. Debido a que hay cuatro fases de salida diferentes, tiene que haber cuatro condiciones de entrada diferentes. Ya que la entrada digital a un modulador de QPSK es una señal binaria (base 2), para producir cuatro condiciones diferentes de entrada, se necesita más de un solo bit de entrada. Con 2 bits, hay cuatro posibles condiciones: 00, 01, 10 y 11. En consecuencia, con QPSK, los datos de entrada binarios se combinan en grupos de 2 bits llamados dibits. Cada código dibit genera una de las cuatro fases de entrada posibles. Por tanto, para cada dibit de 2 bits introducidos al modulador, ocurre un sola cambio de salida. Así que, la razón de cambio en la salida es la mitad de la razón de bit de entrada.
7.1.1.1 Transmisor de QPSK
En la figura 6 se muestra un diagrama a bloques de un modulador de QPSK. Dos bits (un dibit) se introducen al derivador de bits. Después que ambos bits han sido introducidos, en forma serial, salen simultáneamente en forma paralela. Un bit se dirige al canal I y el otro al canal Q. El bit I modula una portadora que está en fase con el oscilador de referencia (de ahí el nombre de “I” para el canal “en fase”), y el bit Q modula una portadora que está 90° fuera de fase o en cuadratura con la portadora de referencia (de ahí el nombre de “Q” para el canal de “cuadratura”).
Figura 6 Circuito Transmisor QPSK
Puede verse que una vez que un dibit ha sido derivado en los canales I y Q, la operación es igual que en el modulador de BPSK. En esencia, un modulador de QPSK son dos moduladores, de BPSK, combinados en paralelo.
En la figura 7 puede verse que, con QPSK, cada una de las cuatro posibles fases de salida tiene, exactamente, la misma amplitud. En consecuencia, la información binaria tiene que ser codificada por completo en la fase de la señal de salida.
Figura 7 Figura de Constelación QPSK
En la figura 7 nos podemos dar cuenta las cuatro combinaciones posibles para los cuatro símbolos que modula un QPSK, y en la tabla se especifica el valor de la fase de la señal de salida QPSK, es decir, para un valor de cero en las señales entrantes I y Q; en la fase corresponde a un valor de 135° negativos.
Como nos pudimos dar cuenta la modulación QPSK fue una evolución que ayudo muchísimo en la economía de ancho de banda y en la mejor utilización del canal de transmisión. Pero con el auge de la telefonía fija, y posteriormente la telefonía móvil, se hizo necesario optimizar el uso de los recursos y para esto el modulador 8-PSK, que fuera uno de los últimos moduladores de fase usados a nivel industria, no dio abasto y fue necesario realizar mejoras, fue entonces cuando surgió el modulador 16-QAM y el nuevo tipo de modulador identificado como modulador por amplitud de cuadratura QAM.
A continuación veremos un poco más a fondo de lo antes visto acerca de este modulador ideal para los sistemas de comunicaciones donde se transmite datos, voz y video.
Ahora, retomamos el concepto de los niveles modulación para poder hablar de la técnica de la amplitud de cuadratura también conocido como QAM, sistema de modulación que es capaz de transmitir voz, datos y video sin consumir totalmente el ancho de banda del canal. A continuación explicaremos mucho más a fondo lo que se conoce como modulación QAM.
7.1.1 LOS NIVELES DE MODULACION
A continuación nos vamos a encontrar que necesitamos hacer referencia a la ITU por que es la norma internacional que rige las telecomunicaciones, iniciales las cuales hacen alusión a la Unión Internacional de las Telecomunicaciones; ésta rige por encima de la normatividad establecida en la constitución de cada país en lo que a servicios de telecomunicaciones se refiere, es decir, el país debe adaptarse a la normatividad establecida por la ITU para prestar servicios de calidad a sus usuarios.
Hasta ahora hemos trabajado con primitivas, y hemos visto que cada vez que se ha modulado un símbolo hemos transportado la información correspondiente a un bit. De hecho, hemos trabajado sólo con dos símbolos distintos, sea que los hayamos visto modulados en amplitud, en frecuencia o en fase.
La ITU ha establecido una nomenclatura que consiste en indicar la cantidad de estados modulados que puede tener la onda modulada, es decir cuántos estados pueden modularse con una técnica. Un “estado modulado” es una condición de la portadora en la que representa un símbolo.
Un símbolo debe transportar información de más de un bit, pongamos por caso un dibit, entonces la modulada deberá tener 4 estados modulados distintos, y cada uno de ellos representará algunos de los dibits 00, 01, 10 o 11. La cuestión es comprender que la técnica de modulación ya no deberá modular un bit, sino un símbolo constituido por n bits –en el ejemplo, 2. Cada símbolo tendrá su propio estado modulado. Siguiendo con el ejemplo y usando valores totalmente arbitrarios, si se estuviera usando una modulación FSK, podría usarse 1800 Hz con la tolerancia que corresponda para la portadora, -200 Hz para el símbolo 00, -400 Hz para el símbolo 01, +200 Hz para el 10 y +400 Hz para el 11, resultando la modulada en frecuencias de 1400, 1600, 1800 (portadora), 2000 y 2200 Hz. En este caso, estaríamos en presencia de una modulación 4FSK y se la llama multinivel porque cada estado modulado representa a más de un bit.
La ITU se exime de redundancias, remitiendo a otra recomendación para buscar los valores eléctricos apropiados. La recomendación establece los valores de fase, aunque en este caso en vez de hacerlo en términos absolutos establece un cambio de fase respecto al símbolo anterior.
El número que acompaña a la técnica de modulación, no importa cuál sea ella, recibe el nombre de m y por eso se le llama modulación m-aria (que debe leerse como emearia). Algunos otros ejemplos: 8PSK (cada símbolo transporta información de tres bits), 16FSK (1 símbolo, 4 bits).
Se puede decir de lo anterior que, si n es la cantidad de bits que transporta cada símbolo, y m es la cantidad de estados modulados distintos que se necesitan para representar esa cantidad de bits (es decir símbolos), y siendo la relación entre ambas variables binaria, entonces:
n = log2 m; m = 2n
Donde fácilmente podemos deducir que en una transmisión 16QPSK se están usando 16 símbolos en la modulación, y cada símbolo lleva la información de 4 bits.
7.1.1 MODULACION QAM
Existe una clara tendencia hacia los sistemas digitales de comunicación. Los servicios de telefonía celular, analógicos hasta hace un par de años, hoy son todos de naturaleza digital. Lo mismo sucede con muchos otros sistemas de comunicación, entre los que podemos mencionar otros servicios de telefonía, servicios de transmisión de datos, de radio digital, de distribución de contenido vía satélite y, desde luego, de televisión. En el ámbito de la televisión aun cuando la mayor parte de de las transmisiones radio
Primeramente para armar un modulador digital necesitamos saber que es y su funcionamiento. La modulación de amplitud en cuadratura (QAM), es una forma de modulación digital en donde la información digital está contenida, tanto en la amplitud como en la fase de la portadora trasmitida.
Empezaremos con un esquema sencillo de un modulador de 8-QAM.
El QAM de ocho (8-QAM), es una técnica de codificación M-ario, en donde M= 8. A diferencia del 8-PSK, la señal de salida de un modulador de 8-QAM no es una señal de amplitud constante.
La figura 8 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de 8-QAM. Como pueda verse, la única diferencia, entre el transmisor de 8-QAM y el Transmisor de 8-PSK es la omisión del inversor entre el canal C y el modulador da producto Q.
Figura 8 Diagrama Del Bloque De Transmisión de 8-QAM
En el 8-QAM, la tasa de bits, en los canales I y Q, es un tercio de la tasa binaria de entrada, al igual que con el 8-PSK. Como resultado, la frecuencia de modulación fundamental más alta y la razón de cambio de salida más rápida en 8-QAM, son iguales que para el 8-PSK. Por tanto, el mínimo ancho de banda requerido para 8-QAM es fb/3, al igual
Figura 9 Señal De Salida Del 8-QAM
Esto es una breve explicación teórica y de conceptos de lo que se va a realizar en este proyecto, las simulaciones de las modulaciones digitales primarias y compararlas con la modulación QAM, que por ser una modulación con nivel, la hace una modulación mucho más robusta que el resto y la hace muy aplicable para los términos que hoy en día conocemos como banda ancha.
Pero para hacer las demostraciones es necesario manejar algunos programas de computador ideales para la simulación de estos sistemas de comunicaciones, uno de estos programas y talves el más utilizado por su baja complejidad y su alta variedad de soluciones a la hora de hacer las simulaciones es MATLAB, un programa el cual desarrolla cualquier tipo de sistema, ya sea de comunicaciones, de matemáticas complejas, y como su nombre lo indica, todo lo relacionado con matemáticas, es un programa que se maneja generalmente con vectores, y tiene varios tools en los cuales cabe destacar la parte de comunicaciones, control, y simulink un sistema de diagrama de bloques. Otro programa muy usado por los ingenieros electrónicos especialmente es el picc, un programa en el cual se despliega una serie de comandos muy similar a la programación en C++, el cual usaremos para diseñar el programa de la modulación QAM como artefacto final para la demostración que esta técnica de modulación es superior a todas las mencionadas en este trabajo, en lo que a modulaciones digitales se refiere.
A continuación veremos un poco de la historia y sus aplicabilidades de estos programas.
7.1.1 MATLAB: LABORATORIO DE MATRICES
Matlab es un lenguaje de alto nivel para computación técnica, Este integra computación, visualización, y programación, en un entorno fácil de usar donde los problemas y las soluciones son expresados en la más familiar notación matemática. Los usos más familiares de Matlab son:
Ø Matemática y Computación
Ø Desarrollo de algoritmos
Ø Moldeamiento, simulación y prototipado
Ø Análisis de datos, exploración y visualización
Ø Graficas científicas e ingenieriles
Ø Desarrollo de aplicaciones, incluyendo construcción de interfaces graficas de usuario
La primera versión de matlab data de los años 70, y fue diseñada como herramienta de apoyo para los cursos de Teoría de Matrices, Álgebra Lineal y Análisis Numérico. El nombre matlab es un acrónimo: “MATrix LABoratory”. Hoy en día, matlab es un programa muy potente, con un entorno agradable, que incluye herramientas de cálculo científico y técnico y de visualización gráfica, así como un lenguaje de programación de alto nivel.
MATLAB es un sistema interactivo cuyo elemento básico de almacenamiento de información es la matriz, que tiene una característica fundamental y es que no necesita dimensionamiento. Esto le permite resolver varios problemas de computación técnica (especialmente aquellos que tienen formulaciones matriciales y vectoriales) en una fracción de tiempo similar al que se gastaría cuando se escribe un programa en un lenguaje no interactivo como C o FORTRAN
El nombre MATLAB simboliza Matriz Laboratorio o Laboratorio de Matrices. Matlab fue originalmente escrito para proveer fácil acceso el software de matrices desarrollado por los proyectos LINPACK y EISPACK, hoy, los mores de matlab incorporan las librerías LINPACK y BLAS, Matlab se ha desarrollado sobre un periodo de años con entradas provenientes de muchos usuarios, en los entornos universitarios, matlab es la herramienta instructiva estándar para cursos avanzados e introductorios en matemáticas, ingeniería y ciencia. En la industria Matlab es la herramienta escogida para investigación de alta productividad, desarrollo y análisis.
Esta útil herramienta presenta una familia de soluciones a aplicaciones específicas de acoplamiento rápido llamadas ToolBoxes. Los toolboxes son colecciones muy comprensibles de funciones MATLAB, o archivos de matlab (M-files) que extienden el entorno de MATLAB para resolver clases particulares de problemas, Algunas áreas en las cuales existen toolboxes disponibles son:
Ø Procesamiento de señales
Ø Sistemas de control
Ø Redes neuronales
Ø Lógica difusa
Ø Wavelets
Ø Simulación
7.1.1.1 El Sistema MATLAB
El sistema Matlab consiste de cinco partes principales:
7.1.1.1.1 Entorno de desarrollo
Es el conjunto herramientas y módulos que ayudan a usar las funciones y archivos de matlab. Muchas de esas herramientas son interfaces graficas de usuario. Esto incluye, el escritorio de matlab, la ventana de comandos, el historial de comandos, un editor y un depurador, navegadores para revisión de la ayuda, el espacio de trabajo o workspace y los archivos.
La librería de funciones matemáticas: esta es una gran colección de algoritmos computacionales que van desde funciones eleménteles como la suma, la función seno y coseno, y la aritmética de números complejos hasta funciones mucho mas sofisticadas como inversas de matrices, autovalores de matrices, funciones de bessel, y transformadas radiadas de Fourier.
7.1.1.1.2 El lenguaje MATLAB
Es un lenguaje de alto nivel para matrices con sentencias para control de flujo, creación de funciones y estructuras de datos, funciones de entrada/salida y algunas características de programación orientada por objetos, Este lenguaje permite tanto la programación a pequeña escala para la creación rápida de programas, como programación a larga escala para la realización de aplicaciones complejas.
7.1.1.1.3 Gráficas
Matlab cuenta con módulos extensivos para la visualización de vectores y matrices en forma de graficas, así como para realizar comentarios e impresión de estas gráficas. Matlab incluye funciones de alto nivel para la visualización de datos en dos y tres dimensiones, procesamiento de imágenes, animación, y creación de gráficos de presentación. Matlab también incluye funciones de bajo nivel que permiten personalizar completamente la apariencia de los gráficos así como construir interfaces graficas de usuario para las aplicaciones.
7.1.1.1.4 Interfaces Externas
Las interfaces externas son un conjunto de librerías que permiten la programación en lenguaje C y FORTRAN de programas que interactúen con matlab. Estas librerías proveen facilidades para realizar llamadas de rutinas desde Matlab.
Las capacidades de Matlab se pueden ampliar instalando diversos módulos (toolboxes). Uno de ellos, denominado Symbolic Math Toolbox, permite realizar cálculo simbólico, es decir, permite manipular las variables sin necesidad de utilizar sus aproximaciones numéricas. Para utilizar el módulo de cálculo simbólico Symbolic Math Toolbox es necesario crear unos objetos simbólicos que representan a las variables simbólicas. Por abuso del lenguaje, a los objetos simbólicos de Matlab también se les llama variables simbólicas.
7.1.1.1.5 M-archivos
Las órdenes de matlab se pueden introducir y ejecutar directamente a través de la ventana de comandos, pero también es posible escribir un archivo de texto que contenga las órdenes y ejecutarlas todas en bloque. Un archivo que contiene órdenes de matlab se denomina un M-archivo. Para que matlab reconozca como tal un M-archivo, este debe tener además la extensión .m. Los M-archivos se pueden escribir utilizando el editor incluido en la instalación de matlab, al que se accede a través del menú File. Para ejecutar las órdenes contenidas en el M-archivo nombre. m, basta teclear su nombre desde la ventana de comandos.
1.1.2 SIMULINK
Simulink es una herramienta para el modelaje, análisis y simulación de una amplia variedad de sistemas físicos y matemáticos, inclusive aquellos con elementos no lineales y aquellos que hacen uso de tiempos continuos y discretos. Como una extensión de MatLab, Simulink adiciona muchas características específicas a los sistemas dinámicos, mientras conserva toda la funcionalidad de propósito general de MatLab. Así Simulink no es completamente un programa separado de MatLab, sino un anexo a él. El ambiente de MatLab está siempre disponible mientras se ejecuta una simulación en Simulink. Simulink tiene dos fases de uso: la definición del modelo y el análisis del modelo. La definición del modelo significa construir el modelo a partir de elementos básicos construidos previamente, tal como, integradores, bloques de ganancia o servomotores. El análisis del modelo significa realizar la simulación, linealización y determinar el punto de equilibrio de un modelo previamente definido. Para simplificar la definición del modelo Simulink usa diferentes clases de ventanas, llamadas ventanas de diagramas de bloques. En estas ventanas se puede crear y editar un modelo gráficamente usando el mouse. Simulink usa un ambiente gráfico lo que hace sencillo la creación de los modelos de sistemas. Después de definir un modelo, este puede ser analizado, seleccionando una opción desde los menús de Simulink o entrando comandos desde la línea de comandos de MatLab. Simulink puede simular cualquier sistema que pueda ser de…nido por ecuaciones diferenciales continuas y ecuaciones diferenciales discretas. Esto significa que se pueden modelar sistemas continuos en el tiempo, discretos en el tiempo o sistemas híbridos. Simulink usa diagramas de bloques para representar sistemas dinámicos. Mediante una interface gráfica con el usuario, se pueden arrastrar los componentes desde una librería de bloques existentes y luego interconectarlos mediante conectores y alambre. La ventana principal de Simulink se activa escribiendo simulink en la línea de comandos de MatLab, y se muestra a continuación:
Figura 10: Librería De Bloques
Haciendo doble click en cualquiera de las librerías presentes en esta ventana se abrirá otra ventana conteniendo una cantidad de bloques relativos a dicha librería. Para realizar un sistema debe abrirse una nueva ventana de diagrama de bloques, seleccionando la opción file del menú principal del Simulink y allí la opción new. En esta nueva ventana, se colocarán todos los bloques interconectados que formarán el sistema deseado.
Lo que vimos anteriormente fue un breve resumen y de teoría sobre la herramienta Matlab, la cual usaremos para simular las modulaciones primarias, (ASK, FSK, PSK). En esta parte hace falta todo lo que tiene que ver con la tutoría para aprender a programar, lo cual lo hice implícitamente con ayuda de un ingeniero electrónico y de telecomunicaciones.
A continuación veremos un poco de la teoría de la herramienta Picc, un compilador en el cual se va a diseñar el programa de la modulación QAM.
7.1.1 PICC
El compilador convierte el lenguaje de alto nivel a instrucciones en código maquina; un cross-compiler es un compilador que funciona en un procesador (generalmente en un PC) diferente al procesador objeto. El copilador CCS C es un cross-compiler.
Los programas son editados y compilados a instrucciones de maquina en el entorno de trabajo del PC, el código maquina puede ser cargado del PC al sistema PIC mediante cualquier programador y puede ser depurado (puntos de ruptura, paso a paso..) desde el entorno de trabajo del PC.
Para escribir un programa en C con el CCS C se deben tener en cuenta una serie de elementos básicos de su estructura:
Ø Directivas de pre procesado: controlan la conversión del programa a código maquina por parte del compliador.
Ø Programas o Funciones: conjunto de instrucciones. Puede haber uno o varios; en cualquier caso siempre debe haber uno definido como principal mediante la inclusión de la llamada main.
Ø Instrucciones: indican cómo debe comportar el PIC en todo momento.
Ø
Figura 11: Estructura Básica de un Programa
Las funciones son bloques de sentencias; todas las sentencias se deben enmarcar dentro de las funciones. Al igual que las variables, las funciones deben definirse antes de utilizarse.
Una función puede ser invocada dese una sentencia de otra función. Una función puede devolver un valor a la sentencia que la ha llamado. El tipo de dato se indica en la definición de la función; en el caso de no indicarse nada se entiende que es un int8 y en el caso de no devolver un valor se debe especificar el valor VOID.
La función, además de devolver un valor, puede recibir parámetros o argumentos.
7.1.1.1 OPERADORES Y EXPRESIONES
Es necesario conocer algunos de los símbolos para programar en Picc, como vimos anteriormente es un compilador orientado a C++, y es necesario tener en cuenta ciertos simbolos y operadores que se deben tener en cuenta. A continuación mostraremos una serie de comandos necesarios para empezar a programar en Picc.
7.1.1.2 OPERADORES DE ASIGNACION
Es en las expresiones complejas, donde se puede apreciar la conveniencia de usar esta notación. La Tabla1 resume los operadores de asignación compuesta y su significado.
7.1.1.1 OPERADORES ARITMETICOS
Los operadores aritméticos se usan para realizar operaciones matemáticas. Se listan en la Tabla2.
7.1.1.2 OPERADORES RELACIONALES
Su misión es comparar dos operandos y dar un resultado entero: 1 (verdadero); 0 (falso). En la Tabla 3 podemos ver un listado de estos operadores.
7.1.1.3 OPERADORES LOGICOS
Al igual que los operadores relacionales, éstos devuelven 1 (verdadero), 0 (falso) tras la evaluación de sus operandos. La Tabla4 siguiente ilustra estos operadores.
Estos comandos y operadores son los básicos utilizados en el compilador Picc, se escapan otros como el corrimiento de bits, de incremento y decremento, entre otros operadores los cuales sirven de complemento para programar en Picc.
No hay comentarios:
Publicar un comentario