Sistemas de Modulacion

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
Transmisor
Fuente
Señal
Banda
Base
Modulación
Medio de
Transmisión
Receptor
Destino
Demodulación
Señal
Modulada
(Moduladora + Portadora)
Señal
Banda
Base
SISTEMAS DE MODULACION
AM
De Onda Contínua
FM
Sistemas
de
Modulación
Analógica
Tren de Pulsos Periódicos
Amp, Posic, Durac varía en
forma contínua según el
valor de la muestra.
De Pulsos
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
Espectro Frecuencial de Mensaje
M(f)
frec
fc: Portadora
Espectro Sx AM
AB
fc
fc
ABx2
frec
MODULACIÓN AM
Restricciones

Aumentando el Coeficiente de Modulación Ka se
mejoran las condiciones de Demodulación.
X
No se puede aumentar indefinidamente Ka ya que
producir “sobremodulación” y aparece inversión de fase.
X
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=0,25
Ka=1
Ka=1,25
Distorsión
si Ka  1
Ka=0,5
Ka=1,5
MODULACIÓN AM
Ventajas y Desventajas

X
Transmisores y receptores de
fácil construcción y económicos
AB Sx AM = 2 x AB Sx Mje
X Transmisión de la Portadora
(que es independiente del Mje)
Usado para
Broadcast
Desperdicia AB
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
VENTAJAS
DESVENTAJAS
DSB-SC
Menor Potencia
Transmitida
No Tx Portadora
VSB
No Tx Portadora
AB menor
Sólo una banda
completa
Se desperdicia
el AB de la banda
Vestigial
Tx 1 Banda Lateral
Menor Potencia
Menor AB
Diseño Complejo
SSB O BLU
Doble AB
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)
c(t) = Ac cos (2 fc t)
Señal Banda Base
(mensaje)
m(t)
Señal Modulada
(onda FM)
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
Sintonizador
Común
Mezclador
Sección
IF
Oscilador
Local
Demod
AM / FM
Amplif
Audio
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
AM
De Onda Contínua
FM
Sistemas
de
Modulación
Analógica
Tren de Pulsos Periódicos
Amp, Posic, Durac varía en
forma contínua según el
valor de la muestra.
De Pulsos
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)
Ts
Tomar valores de la
señal en tiempos
discretos
Valor delas
Muestras
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)
2)
3)
Muestreo
Transformo la variación continua del mensaje en un número
limitado de valores por segundo (PAM). Tiempo Discreto
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.
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).