Modulación. Comunicación implica la transmisión de información desde un punto hasta otro punto.

Transcripción

1 TEMA 4 Modulación en ampliud: Concepos y definiciones en general. Modulación en doble banda laeral y banda laeral única. Generación de señales moduladas en ampliud. Aplicaciones de los disinos ipos de modulación en AM. 1

2 Modulación Comunicación implica la ransmisión de información desde un puno hasa oro puno. Por que es necesario modular para ransmiir? Para disminuir las dimensiones de las anena opimizar el ancho de banda de cada canal eviando inerferencia enre canales proeger la información de las degradaciones por ruido y definir la calidad de la información ransmiida

3 Modulación Se denomina modulación al proceso de colocar la información conenida en una señal, generalmene de baja frecuencia, sobre una señal de ala frecuencia. La modulación de una señal consise en cambiar o alerar algunos parámeros de dicha señal. Esa señal llamada poradora, por ser a la vez conducora de señales más débiles como el sonido y el video Debido a ese proceso la señal de ala frecuencia, denominada poradora, sufrirá la modificación de alguna de sus parámeros, siendo dicha modificación proporcional a la ampliud de la señal de baja frecuencia denominada moduladora. Muy imporane!! 3

4 Poradora Analógica Tipos de Modulaciones Moduladora Analógica Moduladora Digial AM FM PM ASK -OOK FSK PSK BPSK QAM QPSK Moduladora Analógica PAM PWM PPM Poradora Digial Moduladora Digial PCM DPCM ADPCM 4

5 Modulación F() = A()cos[ ω + θ()] F() = A()cos φ() c Toda onda senoidal iene parámeros principales: Ampliud y Angulo. Si: A() v () y φ() = consane m φ() v () y A() = consane m AM FM- PM 5

6 Modulación Se denomina modulaciónal proceso de colocar la información conenida en una señal (Moduladora), generalmene de baja frecuencia, sobre una señal de ala frecuencia (Poradora). La modulación de una señal consise en cambiar o variar sisemáicamene algún parámero de la señal de ala frecuencia (poradora) en forma direcamene proporcional a la señal de información (moduladora). Se puede observar que si la poradora maniene A(), ω() y φ() consanes en el iempo obviamene no exise posibilidad alguna de ransmiir información. Muy imporane!! 6

7 MODULACIÓN EN AMPLITUD A() v () y φ() = consane AM m Poradora Moduladora v () = A()cos[ ω + θ()] C c c v () = V cosω m m m A() = V cosω + V Variación del valor de pico de la ampliud de c m m c ( ω ) poradora vam() = Vc + Vmcos m cosωc Señal modulada en Ampliud Se debe cumplir: ω ω m c Mínimo 100 veces V m vam() = Vc 1+ cosωm cosω c Vc V m ma = V c Índice de modulación en ampliud 7

8 ModulaciónenAmpliud ( ω ) v () = V 1+ m cos cosω Señal modulada en AM c a m c Ampliud V m ma = V c Poradora Moduladora Señal modulada en Ampliud 8

9 ModulaciónenAmpliud ( ω ) v () = V 1+ m cos cosω Señal modulada en Ampliud AM c a m c V m ma = V c V < V m < 1 m c a V = V m = 1 m c a 9

10 ModulaciónenAmpliud V > V m > 1 m c a Sobremodulación Para que no exisa disorsión en la señal modulada en ampliud, se debe cumplir que V m V c Muy imporane!! 0 m a 1 mv a c vbli() = cos( ωc ωm) La señal modulada en ampliud, puede ser simulada: mv a c vbls() = cos( ωc+ ωm) v () = V.cosω C c c 10

11 Señalesde AM: Especro Si se aplica propiedad disribuiva a la expresión de v AM (): mv a c mv a c vam() = Vc.cosωc + cos( ωc+ ωm) + cos( ωc ωm) Poradora Especro de la señal de AM ( ω ) v () = V 1+ m cos cosω AM c a m c v () = V.cos ω + V. m.cos ω.cosω AM c c c a m c Banda laeral superior mv V BLS = a c Banda laeral inferior mv V BLI = a c mvc a mvc a Son iguales Ancho de banda de la señal de AM AB = f f = f AM BLS BLI m Muy imporane!! 11

12 Señales de AM- Represenación fasorial mv a c mv a c vam() = Vc.cosω c+ cos( ωc+ ωm) + cos( ωc ωm) ω ω CC C ω m ω m ω m ω m El fasor resulane de la suma de los fasores v BLS +v BLI iene la misma dirección que el fasor poradora v C ω m ω m ω m ω m ω m ω m 1

13 Señales de AM- Poencia mv a c mv a c vam() = Vc.cosωc + cos( ωc+ ωm) + cos( ωc ωm) v () AM P 1 = v d R () Cm Cm L PCm = Pc + PBLS + PBLI mvc a mvc a P Cm c a c 1 a c 1 c a V mv mv V m = + + = 1+ RL RL RL RL ma PCm = P c 1+ m = 0 P = P a Cm mín c m = 1 P = 1,5P a Cmmáx c Muy imporane!! 13

14 Señales de AM- Poencia Eficiencia de modulación:relación enre la poencia úil de señal y la poencia oal de la señal modulada: El concepo de eficiencia de modulación, no debe confundirse con el de la eficiencia del ransmisor. Ese se relaciona con oros facores como rendimieno de los amplificadores de poencia Ora forma imporane de evaluar la poencia de un ransmisor de AM es medir o calcular la poencia "PEP" (peak envelope power) que se define como la máxima poencia media para un ciclo de RF y se expresa como. Para una señal modulada por un ono simple: 1 1 η m 1 16,6% a= = = = η= PBL ma P = Cm m a 4 1+ P PEP VCM = R max L ( V + V ) ( 1 ) C m P = = P + m R PEP C a L 14

15 Señales de AM- Moduladora compuesa Sea una moduladora compuesa por res onos:: v () = V.cos ω + V.cos ω + V.cosω m m1 m1 m m m3 m3 v () = V cosω m1 m1 m1 v () = V cosω m m m v () = V cosω C C C Se puede demosrar, que cada ono genera un par de bandas laerales (S+I),ubicadas a f m n de la poradora Muy imporane!! v () = V cosω m3 m3 m3 ma 1Vc ma 1Vc vam() = Vc.cosωc + cos( ωc+ ωm 1) + cos( ωc ωm 1) mavc mavc + cos( ωc+ ωm) + cos( ωc ωm) + ma3vc ma3vc + cos( ωc+ ωm3) + cos( ωc ωm3) + 15

16 Señales de AM- Moduladora compuesa ma3vc ma1vc ma1vc ma3vc AB AM = f m máx mavc mavc Se define como índice de modulación eficaz a: m = m1 + m m aeff a a an La poencia desarrollada es: maeff PCm = P c 1+ la condición de que m a eff <1, no implica que la señal esé sobremodulada Muy imporane!! 16

17 Señales de AM- Conclusiones Venajas: a) Son fáciles de generar b) Los recepores de AM son muy sencillos y económicos. Desvenajas: a) La poencia uilizada en la poradora no apora información y la usada en las bandas laerales es redundane desde el puno de visa de la información que se ransmie. b) El ancho de banda esá duplicado eniendo en cuena que las dos bandas laerales ienen la misma información. c) P CM no es nula en ningún momeno, incluso en ausencia de información (v m =0). d) Mayor sensibilidad al ruido que en oras modulaciones PBL ma 1 η= = η máx = = 16,6% PCm m 6 a 4 1+ Muy imporane!! 17

18 Señales de AM- Doble Banda Laeral Las señales de AM sin poradora, se llaman de "doble banda laeral" o DBL. Se obienen a parir de una señal que modula a una poradora en un modulador balanceado v () kv. (). v () DBL m C v () = V cosω m m m v () = V cosω C C C v () DBL El modulador balanceado realiza el produco de las señales de enrada = vdbl() = kv. mcos ωmv. ccosωc ( ω ω ) ( ω ω ) v () = kv.. V.cos + + kv.. V.cos DBL m c m c m c m c ( ω ω ) ( ω ω ) v () = KV. cos + + KV. cos DBL m m c m m c 18

19 Señales de AM- Doble Banda Laeral 1 f m 1 f m 3 f m AB = f mmáx KVm KVm En una señal de DBL no se habla de índice de modulación. El único límie que exise para modular, es el que oorgan los márgenes físicos de los componenes que inegran el modulador y sus amplificadores 19

20 Señales de AM- Doble Banda Laeral Conclusiones Las señales moduladas en DBL ienen como principal venaja el ahorro de energía que brinda la ausencia de la poradora. Sus desvenajas más noables son: a) La poencia uilizada en una de las bandas laerales es redundane desde el puno de visa de la información que se ransmie. ( kv ) ( kv ) m m PDBL = PBLS + PBLI = = R R b) El ancho de banda esá duplicado ya que las dos bandas laerales conienen la misma información. c) Sisema recepor mas complejo. L L P P BL η= = Cm 1 0

21 Señales de AM- Banda Laeral Unica-BLU v () = KV. cos( ω + ω ) BLS m m c KVm KVm KVm KVm AB= f mmáx v () = KV. cos( ω ω ) BLI m m c T = 1 π( f + f ) C m P BL = ( KV ) m R L PBL η= = 1 P Cm 1

22 Generación de Señales de AM Para modular una poradora en ampliud. Hay dos opciones: 1- Modulación en bajo nivel - Modulación en alo nivel Modulación en bajo nivel El amplificador de RF es sinonizado con f O = f c o f O =FI y AB= f m max. Lineal: clase A o B, de pequeña señal y bajo rendimieno.

23 Moduladores de AM de bajo nivel i v i ( ) = V 1 cosω 1 + V cosω Lacorrienedesalidaioes: io ( ) = Io + avi( ) + bvi( ) + cv Reemplazando: O ) = av1cosω1+ avcosωvi( ) + bv1 cos ω1+ bv cos ω+ bvv 1 cosω1cos 3 i ( ω ( ) bv b cos ω 1 = V1 (1+ cosω1 1 ) Ampliud av 1 f 1 Frecuencia bv b cos ω = V(1+ cosω bvv 1 cosω1cosω = bv1v[cos( ω1+ ω) + cos( ω1 ω) ) av f ½ bv 1 f 1 ½ bv f bv 1 V f 1 +f bv 1 V f 1 -f 3

24 Si: Moduladores de AM de bajo nivel v() = v () = V cosω v () = v () = V cos 1 Enonces: C C C ( ω ω ) cos( ω ω ) ω m m m i () = av cosω + av cosω + bv cos ω + bv cos ω + O C C m m C C m m Realizando el especro: + bv V cos + + bv V C m C m C m C m bvc bvm io() = avc cosωc + avm cosωm+ cos ωc + cos ωm + + bv V cos + + bv V ( ω ω ) cos( ω ω ) C m C m C m C m 4 Se filra la señal con un filro resonane a f 0 =f c y AB=f mmáx

25 Moduladores de AM de bajo nivel Alasalidadelfilro,seobienelaseñal: ( ) ( ) v () = av cosω + bv V cos ω + ω + bv V cos ω ω AM C C C m C m C m C m ComparandoconlaseñaldeAM: mv a c mv a c vam() = Vc.cosωc + cos( ωc+ ωm) + cos( ωc ωm) Poradora Banda laeral superior Banda laeral inferior Se observa: 1. El coeficiene b debe ser lo mas grande posible. Ese érmino en un disposiivo alinealdepende del puno de rabajo del mismo. Normalmene puede ser mejoraradomodificando la polarización del disposiivo, ya sea que se rae de un diodo o un ransisor.. Haciendo V m lo más grande posible. 3. Haciendo V C lo mas grande posible. Eso significa ener un oscilador local con una muy buena señal de salida para exciar al modulador. 5

26 Generación de Señales de AM Modulación en alo nivel de poencia El amplificador de RF no necesia ser lineal, rabaja con alo rendimieno El amplificador de Poencia de audio es lineal, generalmene clase B 6

27 Generación de Señales de AM en Alo Nivel El ransisor Q1 recibe por base la señal de poradora generada por un oscilador y amplificada al nivel necesario para hacer rabajar a Q1 en clase C y proporcionar la poencia de salida necesaria. La señal en banda base se aplica mediane un ransformador cuyo secundario se compora como una fuene de ensión en serie con la ensión V CC de coninua, haciendo que el puno de funcionamieno del ransisor varíe de acuerdo a la señal moduladora. 7

28 Modulador de Doble Banda Laeral Señales de enrada: vc() = VCcosωC v () = V cosω m m m v C () Modulador balanceado Realiza el produco de las dos señales de enrada v m () v DBL () ( ω ) ( ω ) v () = K. V cos. V cos DBL C C m m ( ω ω ) ( ω ω ) v () = KV V cos + + KV V cos DBL C m C m C m C m 8

29 Modulador de Banda Laeral Unica Modulación de BLU por filrado de la banda laeral no deseada Filro a crisal Generación de BLU v BLI v BLS v C 0 Filro a crisal ω C v m v DBL v BLU 9

30 FILTROS DE CRISTAL Q= KHz 30

31 Señales de AM- Banda Laeral Única- BLU 31

32 Generacion de Banda Laeral Unica- BLU Méodo de Filrado v DBL v () m v () C kvm kvm Caracerísicas de los filros: banda de paso de 3000 Hz (para uso en banda vocal) y aenuación en el lado de la frecuencia cenral debe ener una pendiene de por lo menos 40dB en 600Hz. Mecánicos, crisal, cerámicos 3

33 Señales de AM- Banda Laeral Única- BLU Venajas: 1. La poencia de salida es uilizada oalmene por la señal que lleva la información.. Su ancho de banda es la miad del de AM o DBL para igual f mmáx. 3. Sólo se disipa poencia cuando se ransmie información. Ese hecho además de (a) hace que los equipos sean mucho más pequeños que los AM con igual alcance en su comunicación. 4. Reducción de ruido: Debido a que el sisema de BLU uiliza sólo la miad del AB que la AM convencional, la poencia de ruido érmico se reduce a la miad. Desvenajas 1. Mayor complejidad y coso de los equipos de ransmisión y recepción.. Son muy sensibles a disorsión por diferencias enre la frecuencia de poradora del ransmisor y la generada en el recepor. 33

34 Modulación Digial de Ampliud (ASK) Las écnicas de modulación digial se caracerizan porque la PORTADORA es una SEÑAL ANALÓGICA y la MODULADORA es una SEÑAL DIGITAL MODULADORA DIGITAL MODULADOR SEÑAL MODULADA PORTADORA ANALÓGICA En la Modulación por Conmuación de Ampliud (ASK), la ampliud de una señal poradora de ala frecuencia se conmua enre dos valores en respuesa a un código binario. SiunodelosvaloresesceroselellamaOOK(On-OffKeying). 34

35 Modulación Digial de Ampliud (ASK) Cuando se deeca la presencia de un 1 lógico, la poradora iene un valor de ampliud máximo. Cuando el valor deecado es un 0 lógico la ampliud de la poradoraesunvalormenoroceroparaook. Al igual que en el caso analógico, la inención de modular una señal de ala frecuencia por una señal modulane, no es ora que permiir obener una señal con longiud de onda en el orden de un décimo o más del elemeno radiane (la anena) su para ópima radiación al aire. 35

36 Modulación Digial de Ampliud (ASK) V C Daos V PSK Poradora 36 ASK

37 Modulación Digial de Ampliud (OOK) V C Daos V ASK Poradora ASK 37

38 Modulación por desplazamieno de ampliud- ASK- OOK Modulador ASK: Diagrama de Bloques Daos Digiales de Enrada b() Modulador Balanceado X ASK Poradora Sinusoidal de Ala Frecuencia Poradora Señal Modulada ASK 38

39 Modulación por desplazamieno de ampliud- Usos del ASK Hoy en día el uso de ASK es muy limiado. Donde ha enconrado aplicaciones ineresanes es, enre oros, en las alarmas de auomóvil, ags o membrees elecrónicos usados en plazas de peaje de pago auomáico y cierres elecrónicos ele-comandados. En ese caso usan recepores superregeneraivos de unos pocos ransisores, y por ello, de muy bajo consumo y muy ala ganancia que son capaces de demodular las señales ASK. Eso permie encapsular al Tx/Rx en espacios muy reducidos, como ser llaveros. 39

40 Idenidades rigonoméricas cos(a+b) = cosa cosb- sena senb cos(a-b) = cosa cosb + sena senb Enonces: cosa cosb = 0,5[cos(A+B) + cos(a-b)] sena senb = 0,5[cos(A-B) - cos(a+b)] sen(a+b) = sena cosb + senb cosa sen(a-b) = sena cosb- senb cosa Luego: sena cosb = 0,5[sen(A+B) + sen(a-b)] senb cosa = 0,5[sen(A+B) - sen(a-b)] cos(a) = cos A sen A y 1 = cos A + sen A Enonces: cos A = 0,5[1 + cos(a)] sen A = 0,5[1 - cos(a)] 40