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TELECOMUNICACIONES III
LABORATORIO 06

MODULACION Y DEMODULACION QPSK

La modulacin por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK) es una variante de la

modulacin por desplazamiento de fase (PSK). Recuerde que BPSK es bsicamente un esquema
de modulacin AM-DBL-PS con informacin digital como mensaje. La informacin digital en BPSK
es enviada un bit a la vez por cada smbolo de la seal portadora. QPSK es tambin un esquema
de modulacin AM-DBL-PS pero enva dos bits de informacin digital por smbolo de la seal
portadora. Ambos variantes de PSK usan una sola frecuencia portadora.
Ya que QPSK enva dos bits de datos a la vez, podra pensarse que es dos veces ms rpido que
BPSK, pero no es as. La conversin de los datos digitales, desde una rfaga serial de bits
individuales, a dos rfagas seriales de bits reduce a la mitad la tasa de bits. Esto elimina la
necesidad de mayor velocidad al enviar dos bits a la vez.
Por qu el inters por QPSK? La reduccin a la mitad de la tasa de bits tiene una ventaja
significativa. La cantidad de espectro de radiofrecuencia requerida para transmitir QPSK es la
mitad que la requerida para BPSK. En concreto, se aprovecha mejor el espectro y permite la
disponibilidad de ms canales de transmisin.
La Figura 01 muestra el diagrama de bloques de la implementacin matemtica de QPSK.

Figura 01 Diagrama de bloques de un modulador QPSK

A la entrada del modulador, los bits pares de los datos digitales (esto es, bits 0, 2, 4 y dems) son
retirados de la rfaga de datos por un bit-splitter (divisor de bits) y multiplicados con una
portadora para generar una seal BPSK (denominada PSK I). Al mismo tiempo, los bits de datos
impares (esto es, los bits 1, 3, 5 y as sucesivamente) son retirados de la rfaga de datos y
multiplicados con la misma portadora, pero desfasada en 90, para generar una segunda seal
BPSK (llamada PSKQ). Esta es la clave de la modulacin QPSK, es la suma de dos BPSKs.
Las dos seales BPSK sumadas conforman la seal QPSK para transmisin y, como tienen la
misma frecuencia portadora, ocupan la misma porcin del espectro de radiofrecuencia. Esto
podra sugerir que las dos seales se mezclan irremediablemente; sin embargo, la separacin
de fase de 90 entre las portadoras permite la demodulacin usando discriminacin de fase (visto
en experimentos previos).
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La Figura 02 muestra el diagrama de bloques de una implementacin de la demodulacin QPSK.

Figura 02 Diagrama de bloques de un demodulador QPSK

Note que el arreglo usa DOS DETECTORES de producto para, simultneamente, demodular las
dos seales BPSK. Simultneamente se recuperan los pares de bits de los datos originales. Las
dos seales son acondicionadas usando un comparador, luego los bits son puestos nuevamente
en orden usando un conversor paralelo a serie.
Para comprender como cada DETECTOR toma solamente una de las seales BPSK y no ambas,
recuerde que la deteccin de producto de las seales AM-DBL-PS es sensible a la fase. Esto es,
la recuperacin del mensaje es ptimo si las portadoras local y transmitidas estn en fase una con
respecto a la otra. El mensaje recuperado es atenuado si las dos portadoras no estn
exactamente en fase (este punto se discute en experimentos previos).
El demodulador QPSK toma ventaja de este hecho. Note que los dos DETECTORES de producto
reciben seales desfasadas 90 entre s, pero comparten la misma portadora local. Siendo este el
caso, una vez que la fase de la portadora local, de uno de los detectores, iguala a la fase de la
portadora de transmisin para una de las seales BPSK, existe automticamente un error de fase
de 90 entre la portadora local y la portadora de transmisin de la otra seal BPSK. As, el
detector recupera los datos de una de las seales BPSK y rechaza a la otra seal BPSK, esto
ocurre en forma alternada.
Preguntas 01
01.-

Cuntos bits por smbolo transmiten BPSK y QPSK? 1 y 2, respect.

02.-

Puede afirmar que QPSK es un caso de modulacin AM? Por qu? AM DBLS-

03.-

Si QPSK enva ms bits por smbolo de la portadora que BPSK, por qu no ocupa mayor
ancho de banda o espectro de RF?
PORQUE ESTE REQUIERE DE 2 RAFAGAS SERIALES QUE AUMENTAN LA TASA DE
BITS, YA QUE TRABAJA EN 2 PARTES.
04.- Para una misma seal digital como banda base, qu ventaja tiene usar QPSK sobre
BPSK?
PORQUE USA SOLO LA MITAD DEL ESPECTRO DE FRECUENCIA DEL ANCHO DE BANDA.

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05.-

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Qu funcin cumple un BIT SPLITTER? _______________________________________

________________________________________________________________________

06.-

Qu entiende por discriminacin de fase? ______________________________________

________________________________________________________________________

El experimento
En este experimento usar el EMONA TELECOMS-TRAINER 101 para generar una seal QPSK
implementando su modelo matemtico. Una vez generada, observar la seal QPSK usando el
osciloscopio. Entonces, examinar como la discriminacin de fase, mediante deteccin de
producto, puede emplearse para retirar los datos de las seales BPSK.
Equipamiento
01 EMONA TELECOMS-TRAINER 101 (incluyendo adaptador de poder)
01 osciloscopio de doble canal
03 terminales para osciloscopio de EMONA TELECOMS-TRAINER 101
20 cables de conexin del para EMONA TELECOMS-TRAINER 101
PROCEDIMIENTO
PARTE A GENERANDO UNA SEAL QPSK
01.- Consiga todo el equipamiento requerido.
02.- Configure el osciloscopio
03.- Fije el control TRIGGER SOURCE del osciloscopio a la posicin EXT.
04.- Fije del control TRIGGER SOURCE COUPLING del osciloscopio a la posicin HF REJ.
05.- Fije los controles INPUT COUPLING de los canales 1 y 2 del osciloscopio a la posicin DC.
06.- Fije el control TIMEBASE del osciloscopio a la posicin 0.5ms/DIV.
07.- Ubique el mdulo DIVIDER y fjelo en divisor por 2 empujando hacia arriba el switch del lado
izquierdo y hacia abajo el switch del lado derecho. El mdulo DIVISOR est debajo del
mdulo SEQUENCE GENERATOR.
08.- Realice las conexiones mostradas en la Figura 03.
Las conexiones de la Figura 03 pueden ser representadas por el diagrama de bloques de la Figura
04. El mdulo SEQUENCE GENERATOR se emplea para proveer los datos digitales. El mdulo
SERIAL-TO-PARALLEL de dos bits se emplea para separar los bits de datos en rfagas de bits
pares e impares. Como se mencion en la discusin preliminar, separando los datos de esa
manera se reduce a la mitad la tasa de bits de los nuevos datos. Por ello, la salida SYNC del
mdulo SEQUENCE GENERATOR deber ser dividido entre dos para ser usado como seal de
disparo por el osciloscopio.

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Figura 03 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 4

Figura 04 Generacin de DIBITs

09.- Fije el control MODE del osciloscopio a la posicin DUAL para ver las dos salidas del
mdulo SERIAL-TO-PARALLEL CONVERTER.
10.- Compare las seales. Debe apreciar dos seales digitales diferentes entre s.
Preguntas 02
01.-

Por qu se divide entre dos la frecuencia de la seal SYNC del generador de secuencia
antes de ingresarlo como sincronismo de disparo al osciloscopio?

Se divide entre 2 porque la salida del spliter solo tiene la mitad de la tasa de bit porque solo
utiliza los bits pares o impares por lo que para que esten sincronizados dividimos en 2 la
frecuencia de la seal sync
02.-

Cul es la tasa de bits de la banda base y de las seales a la salida del SPLITTER
digital?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________

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11.- Modifique las conexiones tal como se muestran en la Figura 05. Las lneas punteadas son
conexiones existentes.
Estas conexiones pueden ser representadas por el diagrama de bloques de la Figura 06. Note que
las dos salidas del separador de bits estn conectadas a mdulos MULTIPLIER Independientes.
La otra entrada de los mdulos MULTIPLIER son senoidales de 100KHz. No obstante, estn
desfasadas 90 entre si lo cual es un requerimiento de QPSK.

Figura 05 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 06

12.13.14.15.-

Compare los bits pares de los datos con la salida del mdulo MULTIPLIER (PSKI).
Fije el control TIMEBASE del osciloscopio a la posicin 0.2ms/DIV.
Active el SWEEP MULTIPLIER del osciloscopio para ver las seales ms de cerca.
Use el control HORIZONTAL POSITION del osciloscopio para encontrar una transicin en la
secuencia de datos.
16.- Examine la portadora y note de qu forma cambia durante la transicin de la secuencia.

Figura 06 Multiplicacin del DIBIT por las portadoras respectivas

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Preguntas 03
01.-

Qu caracterstica de la salida del MULTIPLIER le sugiere que se trata de una seal

BPSK?
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________

02.-

Cuntas portadoras emplea para la modulacin? ________________________________

03.-

Cada smbolo de la portadora, a cuntos bits corresponde? ______________________

04.- Cuntos periodos contiene la portadora durante un bit? ___________________________

17.- Desactive el SWEEP MULTIPLIER del osciloscopio.

18.- Mueva las conexiones del osciloscopio para reconectar segn se muestra en la Figura 07.

Figura 07 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 8

Estos cambios se pueden representar por el diagrama de bloques de la Figura 08.

Figura 08 Visualizacin del canal PAR

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19.- Active el SWEEP MULTIPLIER del osciloscopio para ver las seales ms de cerca.
20.- Use el control HORIZONTAL POSITION del osciloscopio para ubicar una transicin en la
secuencia de datos.
21.- Examine la portadora y note en qu forma cambia en la transicin de la secuencia.

Preguntas 04
01.- Qu tipo de seal est presente a la salida del MULTIPLIER?
________________________________________________________________________

22.- Desactive el SWEEP MULTIPLIER del osciloscopio y retorne el control TIMEBASE a

0.5ms/DIV.
23.- Modifique las conexiones tal como se muestran en la Figura 09.
La configuracin de la Figura 09 puede ser representada por el diagrama de bloques de la
Figura 10. El mdulo sumador se emplea para sumar las seales PSKI y PSKQ. Esto
convierte al circuito en modulador QPSK completo.

Figura 09 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 10

Figura 10 Diagrama de bloques del modulador QPSK completo

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24.- Gire el control G del mdulo ADDER totalmente en sentido antihorario. Esto elimina la seal
BPSKI de la seal en la salida del mdulo ADDER.
25.- Ajuste el control g del mdulo ADDER para obtener 4Vp-p en la salida.
26.- Desconecte el cable de la entrada B del mdulo ADDER. Esto elimina la seal BPSK Q de la
seal en la salida del mdulo ADDER.
27.- Ajuste el control G del sumador para obtener 4Vp-p.
28.- Reconecte el cable a la entrada B del mdulo ADDER.
Preguntas 05
01.-

De acuerdo a la teora, qu tipo de transmisin de seal est presente sobre la salida del
mdulo ADDER?
__________________________________________________________________________

02.- Por qu existe solamente una onda senoidal cuando la seal QPSK est compuesta de
dos seales BPSK?
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PARTE B USO DE DISCRIMINACION DE FASE PARA EXTRAER UNA DE LAS SEALES

BPSK DE LA SEAL QPSK
No es posible implementar a la vez un modulador y un demodulador QPSK con un EMONA
TELECOMS-TRAINER 101. Sin embargo, es posible demostrar cmo se emplea la discriminacin
de fase en el demodulador QPSK para extraer cualquiera de las dos seales BPSK que
conforman la seal QPSK. A continuacin realizar lo descrito.
29.- Desactive la funcin SWEEP MULTIPLIER del osciloscopio y retorne el control TIMEBASE a
la posicin 1ms/DIV.
30.- Ubique el mdulo TUNEABLE LPF y gire el control CUT-OFF FREQUENCY completamente
en sentido horario.
31.- Fije el control GAIN (ganancia) del mdulo TUNEABLE LPF aproximadamente a la mitad de
su recorrido.
32.- Ubique el mdulo PHASE SHIFTER y fije su control PHASE CHANGE a la posicin 0.
33.- Modifique las conexiones tal como se muestran en la Figura 11.Como existen muchas
conexiones, puede serle til marcarlas conforme las agrega.

Las conexiones realizadas pueden ser representadas por el diagrama de bloques de la Figura 12.
Si lo compara con la Figura 02, notar que corresponde a una seccin (ya sea I o Q) del
demodulador QPSK.

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Figura 11 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 12

SINE

Figura 12 Extraccin de seal de uno de los canales QPSK

34.- Compare los bits de datos pares en la salida X1 del mdulo SERIAL-TO-PARALLEL
CONVERTER con la salida del mdulo TUNEABLE LPF.
35.- Vare hacia la derecha e izquierda el control PHASE ASJUST del mdulo PHASE SHIFTER
y observe el efecto sobre la seal demodulada. El objetivo es recuperar una seal bipolar
(dos niveles) similar a las seales X1 o X2 del mdulo
SERIAL-TO-PARALLEL
CONVERTER.
36.- Fije el control PHASE CHANGE del mdulo PHASE SHIFTER a la posicin 180 y repita el
paso 35.
Pregunta 06
01.- En qu caso se recupera la banda base? _________________________________
02.- Cul es la causa que el mdulo TUNEABLE LPF arroje seales de 3 y 4 niveles durante el
ajuste de fase de la Figura 12?
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37.- Modifique las conexiones tal como se muestran en la Figura 13.

Figura 13 Conexiones para el diagrama de bloques de la Figura 14

La adicin del comparador del mdulo UTILITIES puede ser representado por el diagrama de
bloques de la Figura 14. Si lo compara con el diagrama de bloques de la Figura 02, notar que
este cambio completa una rama del demodulador QPSK.
38.- Fije el control PHASE SHIFTER del mdulo PHASE SHIFTER a la posicin 0.
39.- Compare los bits de datos pares en la salida X1 del mdulo SERIAL-TO-PARALLEL
COVERTER con la salida del mdulo BANDPASS LPF.
40.- Ajuste el control PHASE ADJUST del mdulo PHASE SHIFTER hasta que recupere los bits
de datos pares (ignore el desfase).

Figura 14 Recuperacin de datos de unos de los canales que conforman la seal QPSK

Preguntas 07
01.-

Cul es la relacin de fase entre la portadora local (en el lado demodulador o receptor) y
la portadora usada para generar las seales PSKI y PSKQ? (lado modulador o transmisor).
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41.- Desconecte la entrada del canal 1 del osciloscopio de la salida X1 del mdulo SERIAL-TOPARALLEL CONVERTER y conctelo a su salida X2 para ver los bits de datos impares.
42.- Compare los bits de datos impares con los datos recuperados. Pueden ser diferentes.
43.- Fije el control PHASE CHANGE del mdulo PHASE SHIFTER a la posicin 180.
44.- Ajuste el control PAHSE ADJUST del mdulo PHASE SHIFTER hasta que recupere los bits
de datos impares (ignore el desfase).

02.- Cul es la nueva relacin de fase entre la portadora local y la portadora usada para
generar las seales PSKI y PSKQ?
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03.-

Por qu el demodulador analizado es solamente la mitad de un receptor QPSK?

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Edgard Oporto JULIO de 2014

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