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SISTEMAS
DE
MODULACION
SISTEMAS DE MODULACION
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).
Introducción
SISTEMAS DE MODULACION
Proceso de Modulación
Fuente Destino
Señal Banda Base
Señal Banda Base
Señal Modulada
(Moduladora + Portadora)
Medio de Transmisión
Transmisor Receptor
Modulación Demodulación
SISTEMAS DE MODULACION
Sistemas de
Modulación
De Onda Contínua
De Pulsos
Analógica
Digital
Tren de Pulsos Periódicos Amp, Posic, Durac varía en forma contínua según el valor de la muestra.
AM
FM
Secuencia de Pulsos Codificados - PCM Banda Base o Pasa Banda
SISTEMAS DE MODULACION
Modulación de Onda Contínua
Portadora Senoidal
AM FM
Sx Moduladora modifica la Amplitud
de la Portadora Senoidal
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 fuente generadora de la portadora es físicamente independiente de la fuente del mensaje.
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).
MODULACIÓN AM
Ecuaciones
Portadora Senoidal (carrier)
Señal Banda Base (mensaje)
Señal Modulada (onda AM)
c(t) = Ac cos (2 fc t)
m(t)
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.
Transformada de
Fourier
Señal Temporal
Espectro Frecuencial
MODULACIÓN AM
Espectro Frecuencial de AM
AB
ABx2
frec
frec
M(f)
fc fc
Espectro Frecuencial de Mensaje
Espectro Sx AM fc: Portadora
MODULACIÓN AM
Restricciones
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.
X
X
MODULACIÓN AM
Variación del Indice de Modulación
Ka=0
Ka=0,25
Ka=0,5
Ka=1
Ka=1,25
Ka=1,5
Distorsión si Ka 1
MODULACIÓN AM
Ventajas y Desventajas
X
X
AB Sx AM = 2 x AB Sx Mje
Transmisión de la Portadora (que es independiente del Mje)
Desperdicia AB
Desperdicia Potencia
Transmisores y receptores de fácil construcción y económicos
Usado para Broadcast
MODULACIÓN AM
Mejoras en Modulación AM
SSB O BLU
Banda Lateral Vestigial
Doble Banda Lateral con Supresión de Portadora
Simple Banda Lateral o Banda Lateral Unica
VSB
DSB-SC
MODULACIÓN AM
Mejoras en Modulación AM
SSB O BLU
VSB
DSB-SC
VENTAJAS DESVENTAJAS
Menor Potencia Transmitida No Tx Portadora
No Tx Portadora AB menor Sólo una banda completa
Tx 1 Banda Lateral Menor Potencia Menor AB
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 signifi- cativas 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
Demodulador INDIRECTO
Utiliza un Discriminador de Frecuencia cuya amplitud instantánea a la salida es proporcional a la frecuencia instantánea de la Sx FM de entrada.
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
Mezcla- dor
Sección RF
Sección IF
Demod AM / FM
Amplif Audio
Oscilador Local
Parlante Antena
Sintonizador Común
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
Digital
Tren de Pulsos Periódicos Amp, Posic, Durac varía en forma contínua según el valor de la muestra.
AM
FM
Secuencia de Pulsos Codificados - PCM Banda Base o Pasa Banda
COMUNICACIONES DIGITALES
Modulación de Pulsos
Proceso de MUESTREO Tomar valores de la señal en tiempos discretos
Ts : Período de Muestreo fs=1/Ts : Tasa de Muestreo
x(t)
t Ts
Valor delas Muestras
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
PPM Modulación por Posición de Pulso
PWM Modulación por Ancho de Pulso
Amplitud del pulso rectangular varío en forma proporcional al valor de la muestra. Generación = Sample and Hold
La posición de un pulso referida a su posición antes de modular, varía proporcionalmente con el valor de la muestra.
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.
“1” “1” “0” “1” “0” “0” “1” “1” “0” “1” “0” “1” “1”
Señal PCM
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
MAYOR AB
Baja Performance
frente al Ruido
ALTA Performance
frente al Ruido
AM
FM
PPM
PCM
Limitados por el ruido en el
Receptor
Limitados sólo por el ruido de Cuantificación
TERMINOLOGIA
Ancho de Banda: Rango de f donde se concentra mayoritariamente la energía de la Sx.
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.
PCM: Modulación por Codificación de Pulsos.
Tasa de Transmisión: Velocidad con que se transmiten los datos (bps).
Muestreo: Identificar el valor que toma una señal en un determinado tiempo.
Banda Base : Define la banda de frecuencia original de la fuente.
Señal Digital: Señal no contínua en el tiempo, puede ser codificada o no, sincrónica o asincrónica. Cada palabra tiene una duración definida.
Señal Analógica: Señal contínua o seccionalmente contínua en el tiempo