Tecnologías de Comunicación de Datos

Transcripción

1 Tecnologías de Comunicación de Datos Modulación de amplitud Eduardo Interiano

2 Contenido Modulación AM Modulación de doble banda lateral Modulación de banda lateral única Modulación en cuadratura de AM 2

3 Modulación analógica Se definen dos grandes tipos de modulación analógica, la modulación en amplitud, también conocida como Modulación lineal y la modulación en ángulo o Modulación exponencial. La modulación analógica se emplea para transmitir señales de banda base tanto analógicas como digitales. 3

4 Modulación analógica Modulación lineal: la amplitud de la portadora sinusoidal de alta frecuencia ω C se hace variar en proporción a la señal de información f(t). Modulación exponencial: la frecuencia o la fase de la portadora sinusoidal se hace variar proporcionalmente con f(t). 4

5 Modulación analógica Los sistemas más comunes de modulación analógica son: AM-PS (Amplitud Modulada-Portadora Suprimida), AM (Amplitud Modulada simplemente), BLU (Banda Lateral Única) y BLR (Banda Lateral Residual). 5

6 Amplitud modulada (AM) En radiodifusión se requiere un receptor simple y barato pues se emplean muchos de ellos En AM se transmiten las bandas laterales y además la portadora La portadora se emplea en el receptor para la demodulación 6

7 Señal de AM (m AM (t)) m AM = f ( t)cosω t + Acosω t = + C C [ A f ( t) ] cosω t C Portadora 7

8 Señal de AM (m AM (t)) La señal modulada se puede ver como una señal cos(ω C t) (la portadora) cuya amplitud varía como [A+f(t)] Esto es la envolvente de m AM (t) tiene la forma de f(t) aumentada en la constante A 8

9 9 Espectro de la señal AM El espectro tiene las bandas laterales y un impulso en ±ω C ) ( ) ( ω AM M AM t m [ ] [ ] ) ( ) ( ) ( ) ( 2 1 ) ( C C C C AM A F F M ω ω δ ω ω δ π ω ω ω ω ω =

10 Espectro de la señal AM 10

11 Generación de la señal de AM La señal de AM se puede generar con moduladores de conmutación o moduladores que emplean elementos no lineales 11

12 Modulador de conmutación Se basa en un conmutador (diodo) que conmuta a la velocidad ω C, para muestrear la señal f(t) +Acosω C t que puede ser considerada como el producto [f(t)+acosω C t]p(t) 12

13 Generación de la señal de AM v e ( t) = f ( t) + Acosω t V ( ω) C e 13

14 Generación de la señal de AM Espectro de p(t) Convolución de P(ω) con V e (ω) 14

15 Generación de la señal AM La salida del modulador se filtra en pasobanda centrado en ±ω C para eliminar las componentes del espectro adicionales de V i (ω) Por lo tanto la salida del circuito es: v S (t)=f(t)cos ω C t + Acos ω C t 15

16 Demodulación de la señal AM Detección por rectificación Detección de envolvente 16

17 Detección por rectificación Se usa el mismo circuito que en el modulador rectificador, pero sin portadora. El diodo rectifica la señal de AM (figura e) La salida equivale a la convolución de (c) con (a), de donde por filtrado pasabajas se recupera la señal f(t) aumentada en A, que se elimina con el condensador C. 17

18 Detección por rectificación 18

19 Detección de envolvente Es un circuito simple constituido por un diodo y un condensador en paralelo con la salida La salida es una réplica de la envolvente de la señal modulada de entrada El condensador C se carga casi al valor de pico y luego se descarga lentamente a través de R 19

20 Eficiencia de la transmisión AM m AM = f ( t)cosω t + Acosω t C C La información está contenida en las bandas laterales. La portadora es un desperdicio desde el punto de vista de la información. 20

21 Eficiencia de la transmisión AM Determinaremos el contenido relativo de potencia de bandas laterales y portadora La potencia de la portadora es: P C = La potencia de las bandas laterales: 2 A 2 P S = 1 f 2 ( ) 2 t La potencia total es: P P P 1 2 t = C + S = + 2 [ ( )] 2 A f t 21

22 Eficiencia de la transmisión AM Así el porcentaje η de la potencia total contenida en las bandas laterales (eficiencia de transmisión) es: η = PS P t 2 f ( t) 100% = 2 2 A + f ( t) 22

23 Índice de modulación Si suponemos que la señal moduladora es un tono puro de amplitud B (Bcosω m t) con la condición de que B A, B = ma; con m 1 Y f(t) = ma cos ω m t; la cantidad m = B/A se conoce como índice de modulación Si m = 0 no hay modulación, si m = 1 la modulación es máxima Sobremodulación de AM 23

24 Eficiencia de la transmisión AM En función del índice de modulación la eficiencia de la transmisión es: 2 2 ( ma) f ( t) = 2 2 ( ma) 2 2 m η = 100% = 100% ( ma) 2 + m A + 2 Para un 100% de modulación, la eficiencia de transmisión máxima (η máx ) es 1 η = 100% = 33,3% 3 24

25 Receptor superheterodino En el receptor superheterodino, la señal modulada que se recibe sufre una conversión de frecuencias. El espectro recibido se retraslada a una posición fija llamada frecuencia intermedia La conversión se efectúa multiplicando la onda de entrada por una señal generada localmente y que difiere de la portadora sintonizada en 455kHz 25

26 Receptor superheterodino 26

27 Receptor superheterodino La conversión de frecuencias elimina la necesidad de sintonizar todas las etapas de amplificación y solo se sintoniza el amplificador de RF y el oscilador local. AL proceso de translación de frecuencias se le llama heterodinación Como en el receptor comercial la frecuencia del oscilador es mayor en 455kHz que la portadora sintonizada a éste se le llama superheterodino 27

28 Doble banda lateral (DBL) La transmisión en doble banda lateral con portadora suprimida es más eficiente que la AM comercial. El transmisor es mucho más simple pues no debe transmitir la enorme potencia de la portadora El receptor es un poco más complicado pues no cuenta con la portadora para la demodulación 28

29 Generación de DBL Este tipo de modulación simplemente produce el desplazamiento de F(ω) a la posición ±ωc. Es decir si: entonces o también f m ( t) M ( ω) ps ps f ( t) F( ω) 1 ( t)cosωct C C 2 [ F( ω + ω ) + F( ω ω )] 29

30 Espectro de DBL 30

31 Espectro de DBL Cada banda lateral contiene toda la información de f(t) El ancho de banda requerido es dos veces el ancho de banda de la señal moduladora 31

32 Transmisor de DBL Multiplicador 32

33 Demodulación de DBL La señal modulada es multiplicada de nuevo con una portadora Si la portadora del receptor es cos ω C t, entonces la salida del multiplicador será: f ( t)cos ωct = f ( t) + f ( t)cos 2ωCt

34 Demodulación sincrónica o coherente de DBL La portadora se debe generar en el receptor y debe haber sincronía entre ambas portadoras Espectro de la señal demodulada (retraslación de espectro) 34

35 Banda lateral única (BLU) Ya que la señal modulada contiene duplicada la información en las dos bandas laterales, se puede enviar únicamente una de las bandas La ventaja es que emplea únicamente la mitad del ancho de banda que los otros métodos 35

36 Generación de BLU Para general BLU se produce primero la señal en doble banda lateral y luego se filtra en pasabanda una de las dos bandas Este método requiere de un filtro ideal, por lo que hay dificultades prácticas y se prefieren otros métodos como el de desviación de fase 36

37 Demodulación de BLU Por medio de detección síncrónica, se retraslada el espectro a banda base El espectro de la señal demodulada contiene la original + una señal DBL Con un filtro pasabajas se recupera la señal original 37

38 Modulación en cuadratura Se aprovecha que las señales seno y coseno son ortogonales (fase 90 ) y se utilizan para transmitir y recibir dos señales distintas simultáneamente en la misma frecuencia y sin que se interfieran 38

39 Transmisión múltiple por distribución de frecuencia MDF Se modula con portadoras espaciadas regularmente, eventualmente se transmite en BLU para ahorrar ancho de banda 39

40 Referencias Herrera Pérez, Enrique. Comunicaciones I: Señales, modulación y transmisión. Limusa, México, Capítulo 5. 40