Hispanopedia WikiEn electrónica y telecomunicaciones , la conformación de pulsos es el proceso de modificar la forma de onda de un pulso transmitido para optimizar la señal según su propósito o canal de comunicación . Esto se suele lograr limitando el ancho de banda de la transmisión y filtrando los pulsos para controlar la interferencia entre símbolos (ISI). La conformación de pulsos es particularmente importante en la comunicación por radiofrecuencia (RF) para ajustar la señal a una banda de frecuencia determinada y se aplica normalmente después de la codificación de línea y antes de la modulación .
Necesidad de modelado de pulsos
La transmisión de una señal a una alta tasa de modulación a través de un canal de ancho de banda limitado puede generar interferencia entre símbolos (ISI) debido a las correspondencias de Fourier (véase la transformada de Fourier ). Una señal de ancho de banda limitado equivale a una señal de tiempo de duración infinita, lo que puede provocar la superposición de pulsos vecinos. A medida que aumenta la tasa de modulación, aumenta el ancho de banda de la señal. [ 1 ] Cuando el espectro de la señal es uniformemente rectangular, se obtiene una forma sinc en el dominio del tiempo . Esto ocurre si el ancho de banda de la señal es mayor que el ancho de banda del canal, lo que genera una distorsión. Esta distorsión suele manifestarse como interferencia entre símbolos. Teóricamente, para pulsos con forma sinc, no hay ISI si los pulsos vecinos están perfectamente alineados, es decir, en los cruces por cero entre sí. Sin embargo, esto requiere una sincronización muy buena y un muestreo preciso y estable sin fluctuaciones (jitter). Como herramienta práctica para determinar la ISI, se utiliza el diagrama de ojo (Eye diagram ), que visualiza los efectos típicos del canal y la estabilidad de la sincronización y la frecuencia.
El espectro de la señal viene determinado por el esquema de modulación y la velocidad de datos del transmisor , pero puede modificarse con un filtro conformador de pulsos. Este conformador suaviza el espectro, lo que da como resultado una señal con ancho de banda limitado. Normalmente, los símbolos transmitidos se representan como una secuencia temporal de pulsos delta de Dirac multiplicados por el símbolo. Esta es la transición formal del dominio digital al analógico. En este punto, el ancho de banda de la señal es ilimitado. Esta señal teórica se filtra con el filtro conformador de pulsos, generando la señal transmitida. Si el filtro conformador de pulsos es rectangular en el dominio del tiempo, el resultado es un espectro ilimitado.
En muchos sistemas de comunicación de banda base, el filtro de conformación de pulsos es implícitamente un filtro de ventana rectangular . Su transformada de Fourier tiene la forma sin(x)/x y presenta una potencia de señal significativa en frecuencias superiores a la velocidad de símbolo. Esto no representa un problema importante cuando se utiliza fibra óptica o cable de par trenzado como canal de comunicación. Sin embargo, en las comunicaciones de radiofrecuencia, esto supone un desperdicio de ancho de banda, y solo se utilizan bandas de frecuencia estrictamente definidas para transmisiones individuales. En otras palabras, el canal para la señal tiene un ancho de banda limitado. Por lo tanto, se han desarrollado filtros mejores que intentan minimizar el ancho de banda necesario para una determinada velocidad de símbolo.
Un ejemplo en otras áreas de la electrónica es la generación de pulsos donde el tiempo de subida debe ser corto; una forma de hacerlo es comenzar con un pulso de subida más lenta y disminuir el tiempo de subida, por ejemplo, con un circuito de diodo de recuperación escalonada .
Las descripciones aquí presentadas ofrecen un conocimiento práctico que abarca la mayoría de los efectos, pero no incluye la causalidad, la cual daría lugar a funciones/señales analíticas. Para comprender esto completamente, se necesita la transformada de Hilbert , que induce una dirección mediante la convolución con el núcleo de Cauchy . Esto acopla la parte real e imaginaria de la descripción de banda base, añadiendo así estructura. Esto implica inmediatamente que tanto la parte real como la imaginaria son suficientes para describir una señal analítica. Al medir ambas en un entorno ruidoso, se obtiene una redundancia que puede utilizarse para reconstruir mejor la señal original. Una realización física siempre es causal, ya que una señal analítica contiene la información.
Filtros de conformación de pulsos
No todos los filtros pueden utilizarse como filtros de conformación de pulsos. El filtro en sí no debe introducir interferencia entre símbolos; debe cumplir ciertos criterios. El criterio de Nyquist para la interferencia entre símbolos (ISI, por sus siglas en inglés) es un criterio de evaluación comúnmente utilizado, ya que relaciona el espectro de frecuencia de la señal del transmisor con la interferencia entre símbolos.
Algunos ejemplos de filtros de conformación de pulsos que se encuentran comúnmente en los sistemas de comunicación son:
- Filtro con forma de sinc
- Filtro de coseno elevado
- Filtro gaussiano
La conformación de pulsos en el emisor se suele combinar con un filtro adaptado en el receptor para lograr una tolerancia óptima al ruido en el sistema. En este caso, la conformación de pulsos se distribuye equitativamente entre los filtros del emisor y del receptor. Por lo tanto, las respuestas de amplitud de los filtros son raíces cuadradas puntuales de los filtros del sistema; por ejemplo, para obtener el efecto neto de un filtro de coseno elevado , ambos lados implementan un filtro de raíz cuadrada de coseno elevado .
Se han inventado otros métodos que eliminan los filtros de conformación de pulsos complejos. En OFDM , las portadoras se modulan tan lentamente que cada portadora prácticamente no se ve afectada por la limitación de ancho de banda del canal.
Filtro Sinc
También se le conoce como filtro Boxcar, ya que su equivalente en el dominio de la frecuencia tiene forma rectangular. Teóricamente, el mejor filtro para la conformación de pulsos sería el filtro sinc, pero su implementación precisa no es viable. Se trata de un filtro no causal con colas de decaimiento relativamente lento. Además, presenta problemas de sincronización, puesto que cualquier error de fase genera una interferencia entre símbolos que aumenta drásticamente.
Filtro de coseno elevado
La función coseno elevado es similar a la función sinc, con la desventaja de lóbulos laterales más pequeños a cambio de un ancho espectral ligeramente mayor. Los filtros de coseno elevado son fáciles de implementar y se utilizan ampliamente. Tienen un ancho de banda excedente configurable, por lo que los sistemas de comunicación pueden elegir un equilibrio entre un filtro más simple y la eficiencia espectral.
Filtro gaussiano
Esto produce un pulso de salida con forma de función gaussiana .
Véase también
Referencias
- John G. Proakis , « Comunicaciones digitales, 3.ª edición », capítulo 9, McGraw-Hill Book Co., 1995. ISBN 0-07-113814-5
- Tutorial sobre el generador de señales de National Instruments: conformación de pulsos para mejorar la eficiencia espectral.
- Tutorial de National Instruments sobre fundamentos de medición: Filtrado de forma de pulso en sistemas de comunicaciones
- Filtros de coseno elevado de raíz cuadrada y conformación de pulsos en sistemas de comunicación por Erkin Cubukcu (ntrs.nasa.gov).
- Teoría de las telecomunicaciones
- Procesamiento de señales