Tecnologías de Comunicación de Datos

Tecnologías de Comunicación
de Datos
Modulación de amplitud
Eduardo Interiano
Contenido
„
Modulación AM
„
Modulación de doble banda lateral
„
Modulación de banda lateral única
„
Modulación en cuadratura de AM
2
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
Modulación analógica
„
„
Modulación lineal: la amplitud de la
portadora sinusoidal de alta frecuencia
ωC 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).
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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
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
Señal de AM (mAM(t))
m AM = f (t ) cos ωC t + A cos ωC t = [A + f (t )]cos ωC t
Portadora
7
Señal de AM (mAM(t))
„
„
La señal modulada se puede ver como
una señal cos(ωCt) (la portadora) cuya
amplitud varía como [A+f(t)]
Esto es la envolvente de mAM(t) tiene la
forma de f(t) aumentada en la
constante A
8
Espectro de la señal AM
„
El espectro tiene las
bandas laterales y
un impulso en ±ωC
m AM (t ) ↔ M AM (ω )
1
M AM (ω ) = [F (ω + ωC ) + F (ω − ωC )] + πA[δ (ω + ωC ) + δ (ω − ωC )]
2
9
Espectro de la señal AM
10
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
Modulador de conmutación
„
Se basa en un conmutador (diodo) que
conmuta a la velocidad ωC , para muestrear la
señal f(t) +AcosωCt que puede ser
considerada como el producto
[f(t)+AcosωCt]p(t)
12
Generación de la señal de AM
ve (t ) = f (t ) + A cos ωC t ↔ Ve (ω )
13
Generación de la señal de AM
Espectro de p(t)
Convolución de P(ω) con Ve(ω)
14
Generación de la señal AM
„
„
La salida del modulador se filtra en
pasobanda centrado en ±ωC para
eliminar las componentes del espectro
adicionales de Vi(ω)
Por lo tanto la salida del circuito es:
„
vS(t)=f(t)cos ωCt + Acos ωCt
15
Demodulación de la señal AM
„
Detección por rectificación
„
Detección de envolvente
16
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
Detección por rectificación
18
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
Eficiencia de la transmisión AM
m AM = f (t ) cos ωC t + A cos ωC t
La información está contenida en las
bandas laterales.
La portadora es un desperdicio desde el
punto de vista de la información.
20
Eficiencia de la transmisión AM
„
Determinaremos el contenido relativo de
potencia de bandas laterales y portadora
„
A2
La potencia de la portadora es: PC =
2
„
1 2
La potencia de las bandas laterales: PS = f (t )
2
„
1 2
La potencia total es: Pt = PC + PS = A + f 2 (t )
2
[
]
21
Eficiencia de la transmisión AM
„
Así el porcentaje η de la potencia total contenida en
las bandas laterales (eficiencia de transmisión) es:
PS
f 2 (t )
η = 100% = 2
Pt
A + f 2 (t )
22
Índice de modulación
„
„
„
Si suponemos que la señal moduladora es un tono
puro de amplitud B (Bcosωmt) con la condición de
que B ≤ A, B = mA; con m ≤ 1
Y f(t) = mA cos ωmt; 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
Eficiencia de la transmisión AM
„
En función del índice de modulación la eficiencia de
2
la transmisión es:
(
)
mA
f 2 (t ) =
2
(mA) 2
2
m
2
η=
100% =
100%
2
2
(mA)
2+m
2
A +
2
„
Para un 100% de modulación, la eficiencia de
transmisión máxima (ηmáx) es
1
η = 100% = 33,3%
3
24
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
Receptor superheterodino
26
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
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
Generación de DBL
„
Este tipo de modulación simplemente
produce el desplazamiento de F(ω) a la
posición ±ωC. Es decir si: f (t ) ↔ F (ω )
„
entonces
„
o también
1
f (t ) cos ωC t ↔ [F (ω + ωC ) + F (ω − ωC )]
2
m ps (t ) ↔ M ps (ω )
29
Espectro de DBL
30
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
Transmisor de DBL
Multiplicador
32
Demodulación de DBL
„
„
La señal modulada
es multiplicada de
nuevo con una
portadora
Si la portadora del
receptor es cos ωCt,
entonces la salida
del multiplicador
1
1
2
será:
f (t ) cos ωC t = f (t ) + f (t ) cos 2ωC t
2
2
33
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
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
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
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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
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
Transmisión múltiple por
distribución de frecuencia MDF
Se modula con portadoras espaciadas regularmente,
eventualmente se transmite en BLU para ahorrar ancho de banda
39
Referencias
„
Herrera Pérez, Enrique. Comunicaciones
I:
Señales, modulación y transmisión. Limusa, México,
1999. Capítulo 5.
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