SISTEMAS DE MODULACION
SISTEMAS DE MODULACION Introducción El propósito de los Sistema de Comunicaciones es transmitir una Señal Banda Base a través de un canal de comunicaciones que separa Transmisor de Receptor La utilización de un canal de comunicaciones hace que necesitemos un corrimiento de frecuencia de la señal para adaptarla al medio y una posterior vuelta a BB en el Receptor. El corrimiento en frecuencia de una señal se denomina Modulación y técnicamente es el proceso en el cual una señal Portadora (señal modulada) ve modificada alguna de sus propiedades por la señal Mensaje (moduladora).
SISTEMAS DE MODULACION Proceso de Modulación Fuente Transmisor Medio de Transmisión Receptor Destino Señal Banda Base Modulación Señal Modulada (Moduladora + Portadora) Demodulación Señal Banda Base
SISTEMAS DE MODULACION Sistemas de Modulación De Onda Contínua De Pulsos Analógica AM FM Tren de Pulsos Periódicos Amp, Posic, Durac varía en forma contínua según el valor de la muestra. Digital Secuencia de Pulsos Codificados - PCM Banda Base o Pasa Banda
SISTEMAS DE MODULACION Modulación de Onda Contínua Portadora Senoidal AM Sx Moduladora modifica la Amplitud de la Portadora Senoidal FM Sx Moduladora modifica la Frecuencia de la Portadora Senoidal
SISTEMAS DE MODULACION Portadora Señal Moduladora o Mensaje. Señal de AM Señal de FM
MODULACIÓN AM Definición Formal La Modulación de Amplitud es el proceso por el cual la amplitud de la señal portadora c(t) varía linealmente con la amplitud de la señal banda base m(t). La fuente generadora de la portadora es físicamente independiente de la fuente del mensaje.
MODULACIÓN AM Ecuaciones Portadora Senoidal (carrier) c(t) = Ac cos (2 fc t) Señal Banda Base (mensaje) m(t) Señal Modulada (onda AM) s(t) = Ac [1+Ka m(t)] cos (2 fc t)
MODULACION AM Transformación Tiempo-Frecuencia El estudio de las señales se realiza en el campo Temporal y Frecuencial. La relación que vincula dichos campos es la Transformada de Fourier. Señal Temporal Transformada de Fourier Espectro Frecuencial
MODULACIÓN AM Espectro Frecuencial de AM M(f) Espectro Frecuencial de Mensaje fc: Portadora AB frec Espectro Sx AM fc fc frec ABx2
MODULACIÓN AM Restricciones X X Aumentando el Coeficiente de Modulación Ka se mejoran las condiciones de Demodulación. No se puede aumentar indefinidamente Ka ya que producir sobremodulación y aparece inversión de fase. Para una correcta demodulación, la frecuencia de la portadora fc debe ser mucho mayor que el AB de la señal mensaje.
MODULACIÓN AM Variación del Indice de Modulación Ka=0 Ka=1 Ka=0,25 Ka=1,25 Distorsión si Ka 1 Ka=0,5 Ka=1,5
MODULACIÓN AM Ventajas y Desventajas Transmisores y receptores de fácil construcción y económicos Usado para Broadcast X AB Sx AM = 2 x AB Sx Mje Desperdicia AB X Transmisión de la Portadora (que es independiente del Mje) Desperdicia Potencia
MODULACIÓN AM Mejoras en Modulación AM Doble Banda Lateral con Supresión de Portadora DSB-SC Banda Lateral Vestigial VSB Simple Banda Lateral o Banda Lateral Unica SSB O BLU
MODULACIÓN AM Mejoras en Modulación AM DSB-SC VSB SSB O BLU VENTAJAS Menor Potencia Transmitida No Tx Portadora No Tx Portadora AB menor Sólo una banda completa Tx 1 Banda Lateral Menor Potencia Menor AB DESVENTAJAS Doble AB Se desperdicia el AB de la banda Vestigial Diseño Complejo
MODULACIÓN AM Demoduladores AM Detector de Envolvente Recoge la Sx Mje de la Sx de AM Es el más simple (usado en los receptores de radio) Rectificador de 1/2 Onda + Filtro Pasa Bajos. Detección Coherente Recoge la Sx Mje de la Sx DSB-SC Oscilador Local sintonizado con la portadora del Tx. Transmisión de Portadora Piloto Demodulación Sincrónica con Recepción de Portadora de baja potencia para Sx BLU.
MODULACIÓN FM Definición Formal La Modulación de Frecuencia es el proceso por el cual la Frecuencia Instantánea dela señal portadora c(t) varía linealmente con la amplitud de la señal banda base m(t). La amplitud de la Sx FM permanece constante. La Información está en la Frecuencia de la Señal recibida.
MODULACIÓN FM Ecuaciones Portadora Senoidal (carrier) Señal Banda Base (mensaje) Señal Modulada (onda FM) c(t) = Ac cos (2 fc t) m(t) s(t) = Ac cos [2 fc t + 2 Kf m(t)dt] Frecuencia Instantánea de la onda de FM fi(t) = fc + Kf m(t)
MODULACIÓN FM El espectro de la Sx FM posee una portadora e infinitas componentes frecuenciales a los lados de fc simétricamente distribuidas. En forma teórica AB FM En la práctica el AB se limita a las frecuencias significativas compatibles con la distorsión especificada. Señal Temporal de FM Espectro Frecuencial FM
MODULACIÓN FM Relación Señal/Ruido (S/N) En la transmisión de una señal, el ruido o interferencia se acopla modificando la amplitud de la onda. Esto provoca pequeños corrimientos en los cruces por cero de la Sx FM y la consecuente distorsión de la señal Mensaje (en el proceso de demodulación). La gran ventaja de la Modulación FM reside en el hecho de que si: AB Ruido (S/N)
MODULACIÓN FM Demoduladores FM Demodulador DIRECTO Utiliza un Discriminador de Frecuencia cuya amplitud instantánea a la salida es proporcional a la frecuencia instantánea de la Sx FM de entrada. Demodulador INDIRECTO Utiliza un Lazo de Enclavamiento de Fase (PLL) para obtener una tensión proporcional a la frecuencia de la señal de entrada.
SISTEMAS DE MODULACION Receptor SUPERHETERODINO Receptor de AM o FM en Sistemas de Broadcasting que además realiza las siguientes funciones: - Sintonización a la Frecuencia de la Portadora - Filtrado para la separación de la señal deseada - Amplificación Antena Parlante Sección RF Mezclador Sección IF Demod AM / FM Amplif Audio Sintonizador Común Oscilador Local
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES La principal ventaja de AM radica en la simplicidad en la Modulación de Demodulación de las ondas, desperdiciando potencia. La Sx AM es muy sensible a interferencias (ruido). En FM, a diferencia de AM, se tiene la capacidad de intercambiar AB de Tx y mejora en (S/N)out con relación cuadrática. FM Banda Ancha optimiza (S/N)o pero desperdicia AB. Esto es lo mejor que se puede obtener en Modulación de Onda Contínua (Cx AAG). Esto se mejora en Cx DIG con el sistema PCM.
SISTEMAS DE MODULACION Sistemas de Modulación De Onda Contínua De Pulsos Analógica AM FM Tren de Pulsos Periódicos Amp, Posic, Durac varía en forma contínua según el valor de la muestra. Digital Secuencia de Pulsos Codificados - PCM Banda Base o Pasa Banda
COMUNICACIONES DIGITALES Modulación de Pulsos Proceso de MUESTREO Ts : Período de Muestreo fs=1/ts : Tasa de Muestreo x(t) Tomar valores de la señal en tiempos discretos Valor delas Muestras Ts t
MODULACION DE PULSOS Teorema de NYQUIST (Teorema de Muestreo) Para poder recuperar una señal muestreada, la Tasa de Muestreo debe ser mayor o igual al doble de la mayor frecuencia de la señal. Si W = AB de la Señal Tasa de Nyquist 2W Si la tasa de muestreo es menor (señal submuestreada) el espectro aparece perturbado por el Efecto Aliasing.
MODULACION DE PULSOS Modulación de Pulsos Analógica PAM Modulación por Amplitud de Pulso Amplitud del pulso rectangular varío en forma proporcional al valor de la muestra. Generación = Sample and Hold PPM Modulación por Posición de Pulso La posición de un pulso referida a su posición antes de modular, varía proporcionalmente con el valor de la muestra. PWM Modulación por Ancho de Pulso La Duración o Ancho del pulso rectangular varía en forma proporcional al valor de la muestra. Desperdicia Potencia.
MODULACION DE PULSOS Modulación de Pulsos Digital PCM Modulación por Codificación de Pulsos La señal modulada se presenta en forma Discreta tanto en Tiempo como en Amplitud. El mensaje se transmite en forma de pulsos binarios codificados. Señal PCM 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1
MODULACION PCM Proceso de Generación Sx PCM 1) Muestreo Transformo la variación continua del mensaje en un número limitado de valores por segundo (PAM). Tiempo Discreto 2) Cuantificación Transformo las muestras PAM discretizando la Amplitud. En un rango finito de amplitud se tiene un número finito de niveles Error/Ruido de Cuantificación. 3) Codificación Cada muestra cuantificada es codificada con un arreglo de símbolos (una palabra ). Lo más usado es la Codificáción Binaria por brindar la máxima performance frente al ruido.
SISTEMAS DE MODULACION Comparación y Limitaciones Menor AB Baja Performance frente al Ruido AM FM Limitados por el ruido en el Receptor PPM MAYOR AB ALTA Performance frente al Ruido PCM Limitados sólo por el ruido de Cuantificación
TERMINOLOGIA Señal Analógica: Señal contínua o seccionalmente contínua en el tiempo Señal Digital: Señal no contínua en el tiempo, puede ser codificada o no, sincrónica o asincrónica. Cada palabra tiene una duración definida. Ancho de Banda: Rango de f donde se concentra mayoritariamente la energía de la Sx. Banda Base : Define la banda de frecuencia original de la fuente. Modulación: Corrimiento de frecuencia de la señal BB para adaptarla al canal de comunicación. AM: Modulación de Amplitud. FM: Modulación de Frecuencia. SSB o BLU: Modulación de Amplitud con Banda Lateral Única. Muestreo: Identificar el valor que toma una señal en un determinado tiempo. PCM: Modulación por Codificación de Pulsos. Tasa de Transmisión: Velocidad con que se transmiten los datos (bps).