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Tema 2: Clasificación modulaciones
Parámetro
Comunicaciones en Audio y
Vídeo
Portadora sinusoide
Digital
Amplitud
AM
ASK
Frecuencia
FM
FSK
Tema 2: Comunicaciones analógicas
Fase
Portadora cuadrada
Amplitud
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
1
Tema 2: Modulaciones analógicas
MODULADOR
PM
PSK
Analógica
Digital
PAM
Periodo
PPM
Ciclo de trabajo
PWM
Curso 2008/2009
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D
CO
I FI
O
CI
CA
S
NE
2
Tema 2: Modulaciones amplitud: AM
2.1 Modulaciones de amplitud.
2.2 Modulaciones angulares.
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo.
A1x(t)
Moduladora
Analógica
PORTADORA
INFORMACIÓN:
MODULADORA
y(t)
transmisión
fc
Ac·cos(ωct)
MODULADA
Necesidad de FDM.
Adaptación al medio: f, atenuación, rendimiento, ruido (fc >>BW moduladora).
Empeora la S/N.
Curso 2008/2009
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3
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
4
1
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
DBL con portadora (AM básico)
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
DBL con portadora (AM básico)
y (t ) = ( Ac + A1 x(t ) ) cos(ωc t ) = Ac (1 + mx(t ) ) cos(ωc t )
y (t ) = ( Ac + A1 x(t ) ) cos(ωc t ) = Ac (1 + mx(t ) ) cos(ωc t )
A1x(t)
Mod
y(t)
Espectro:
BW
fc
Ac·cos(ωct)
BWAM=2·BWBB
Y( f ) =
A
m= 1
Ac
Índice de modulación:
BWAM = 2 BWBB
⌧ Detección envolvente: Ac+A1x(t)>0 (no sobremodulación)
m = 1
m <1
Curso 2008/2009
m > 1
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Potencia:
5
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
DBL
X
BW
Curso 2008/2009
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6
y (t ) = Ac A1 [x(t ) cos(ωc t ) m xˆ (t ) sen(ωc t )]
A1x(t)
fc
BWDBL=2·BWBB
Curso 2008/2009
fc
BWBLU=BWBB
fc
BLI: inversión espectro.
7
y(t)
MODULADOR
BW
Ac2 A12 2
xrms = PBLS + PBLI
2
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Ac2
2
(1 + m 2 xrms
) = Pc + PBLS + PBLI
2
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
BLU
y(t)
fc
PDBL =
Curso 2008/2009
PAM =
No detección de envolvente.
Menor potencia.
Menor BW.
No detección de envolvente.
Menor potencia
y (t ) = Ac A1 x(t ) cos(ωc t )
A1x(t)
Ac
[δ ( f − f c ) + δ ( f + f c )] + Ac m [X ( f − f c ) + X ( f + f c )]
2
2
PBLU =
DIAC – EUITT - UPM
Ac2 A12 2
xrms = PBLS
4
8
2
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
BLV
+ Portadora.
No detección de envolvente.
Mayor potencia.
Mayor BW.
y (t ) = Ac A1 [i (t ) cos(ωc t ) − q(t ) sen(ωc t )]
A1x(t)
BW
MODULADOR
fc
⌧Mejor enganche en recepción (demodulación síncrona).
⌧Posibilitar la detección de envolvente con error.
Detección de envolvente.
y(t)
fc
BWBLV>BWBLU
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9
2.1 Modulaciones de amplitud: AM
Detección síncrona o coherente.
modulada
FP Bajo
(BW= BB)
Recuperador
portadora
DBL+portadora: AM.
BLU+portadora y BLV+portadora.
PDBL > PBLV > PBLU
Filtro Nyquist.
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2.1 Modulaciones de amplitud: AM
moduladora
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10
2.2 Modulaciones angulares - amplitud
Modulaciones QAM
Moduladora 1: A1·x(t).
Moduladora 2: A2·z(t).
Modulación en cuadratura (portadoras ortogonales).
y (t ) = A1 x(t ) Ac cos(ωc t ) + A2 z (t ) Ac sen(ωc t ) =
cos(ωct)
= Ac
Inyección de portadora para DBL, BLU, BLV: salvas.
Conversión BLV a BLU con filtro de Nyquist.
⎛
⎞
A1 x(t ) ⎠
( A1 x(t ))2 + ( A2 z (t ) )2 cos⎜⎜ ωct + arctg A2 z (t ) ⎟⎟
BWQAM=2·BWBB
⎝
A1x(t)
1
0.5
MODULADOR
fc
y(t)
fc
A2z(t)
fc-BW/2 fc fc+BW/2
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11
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12
3
2.2 Modulaciones angulares - amplitud
Modulaciones QAM
2.2 Modulaciones angulares
Demodulación síncrona con cos y sen.
Necesidad de enganche del oscilador: salvas.
PORTADORA
Crominancia en PAL: U y V.
INFORMACIÓN:
V
Color
A2z(to)
MODULADORA
U
MODULADA
FASE
A1x(to)
Mayor protección contra
el ruido e interferencias.
Mayor BW.
Potencia constante.
MODULADA
FRECUENCIA
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13
2.2 Modulaciones angulares
S. modulada:
Curso 2008/2009
y (t ) = Ac cos(ωc t + D p A1 x(t ) )
Dp: coef. Desviación de fase [rad/V]
Θ(t): fase instantánea dependiente de la moduladora
0 ≤ D p A1 x(t ) ≤ 2π
Ac cos(θ (t ) ) = Ac cos(ωi t + φi )
Фi: fase inicial instantánea
Potencia
Curso 2008/2009
P=
Ac2
2
Frecuencia instantánea
∂θ (t )
∂φ (t )
= ωc +
∂t
∂t
∂θ (t )
φi = θ (t ) −
t
∂t
ωi =
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14
2.2 Modulaciones angulares: PM
Ac cos(θ (t ) ) = Ac cos(ωc t + φ (t ))
ωi: frecuencia instantánea
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ωi = ωc + D p A1
Demodulación por comparación de fases
15
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
∂x(t )
∂t
φ (t ) = D p A1 x(t )
16
4
2.2 Modulaciones angulares: FM
2.2 Modulaciones angulares
Espectro
y (t ) = Ac cos(ωc t + φ (t ) )
ωi = ωc + 2πD f A1 x(t )
Df: coef. Desviación de frecuencia [Hz/V]
φ (t ) PM = A1 x(t ) D p
Δfp: Desviación en frecuencia de pico Δf p = A1 ·D f
φ (t ) FM = 2πA1 D f ∫ x(t )∂t
t
Como
ωi = ω c +
Luego
∂φ (t )
∂t
Δf pp = 2·Δf p
Curso 2008/2009
A1x(t)
t
MOD
BW
0
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2.2 Modulaciones angulares
Curso 2008/2009
y(t)
fc
fc
BWFM = 2(Δf p + f m )
Regla de Carlson
fm = BWBB
17
ωi FM
0
φ (t ) = 2πD f A1 ∫ x(t )∂t
t
y (t ) = Ac cos⎛⎜ ωc t + 2πD f A1 ∫ x(t )∂t ⎞⎟
0
⎠
⎝
∂x(t )
∂t
= ωc + 2πD f A1 x(t )
ωi PM = ωc + D p A1
⎛ A1 D p ∂x(t )
⎞
BWPM = 2⎜⎜
+ f m ⎟⎟
∂
t
π
2
max
⎝
⎠
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18
2.2 Modulaciones angulares
Demoduladores FM:
Moduladores de fase:
Método directo: Derivador + VCO.
Método indirecto: Modulador PM-BE + cto. no lineal
Demodulador por pendiente. Discriminador ideal aproximado.
Discriminador Foster-Seeley: V=f(f).
Demodulador por detección en cuadratura.
Demodulador PLL.
Moduladores de frecuencia:
Método directo: VCO.
Método indirecto: Integrador + Modulador PM-BE +
cto. no lineal.
Curso 2008/2009
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19
Demoduladores PM:
Demodulador FM + Integrador.
Curso 2008/2009
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20
5
2.2 Modulaciones analógicas
Criterios de calidad
AM
2
S C A12 xrms
=
2 2
N N 1 + A1 xrms
S C
=
N N
DBL+portadora:
⌧Empeoramiento
DBL, BLU, BLV:
⌧No hay mejoras
ANGULARES
S C 3(Δf p ) BWRF 2
=
xrms
N N
f m3
2
FM
⌧Mejoras
S C (Δφ p ) BWRF 2
xrms
=
N N
fm
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
Bandas de frecuencia
Vídeo:
S C 3(Δf pp ) BWRF
=
N N
f m3
Nº banda
Símbolo
4
VLF
Frecuencias
5
LF
30 - 300 kHz
6
MF
300 - 3000 kHz
7
HF
3 - 30 MHz
8
VHF
30 - 300 MHz
2
9
UHF
300 - 3000 MHz
535 - 1605 kHz
AM
Banda I 41 - 68 MHz
Difusión TV terrestre
Banda II 87.5 - 108 MHz
FM
Banda III 162 - 230 MHz
Difusión TV terrestre
Banda IV 470 - 582 MHz
Difusión TV terrestre
Banda V 582 - 960 MHz
Difusión TV terrestre
Banda VI 12 GHz
Difusión satélites
2
PM
⌧Mejoras
Radioenlaces
10
SHF
3 - 30 GHz
11
EHF
30 - 300 GHz
Radioenlaces
De-énfasis y pre-énfasis: mejoras de preacentuación p
Curso 2008/2009
USOS
3 - 30 kHz
DIAC – EUITT - UPM
21
12
300 - 3000 GHz
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
22
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
Señal comercial de audio
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
Otras señales de audio
Radiodifusión
Radiodifusión
⌧AM analógico (MF Banda: 535 a 1605 kHz)
⌧AM BLU analógico: canales marítimos, otros.
ITU-R BS 640
• Mono: BWBB = 4.5 kHz BWAM = 9 kHz
⌧FM analógico (VHF Banda II: 87.5 a 108 MHz)
ITU-R BS 450-3
• Separación cocanal: 300 kHz, FI: 10.7 MHz, Δfp: 75 kHz
• Mono: BWBB = 15 kHz BWFM = 180 kHz
• Estéreo: señales suplementarias de 53 – 76 kHz (RDS, SCA)
19 k
Piloto
Curso 2008/2009
Subsidiary Communications Authorized
S
15 k
⌧PWM: pistas de referencia de formato DASH
⌧PPM: láser disc recortando una FM
Radio Data Systems
– BW FM = 256 kHz
M
Grabación
S
38 k
DBL
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23
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
24
6
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
TV analógica (ITU-R BS 470)
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
TV analógica
Modulaciones en TV
AM-BLV negativa con portadora:
BWRF = 7 MHz VHF
Banda
Banda
Banda
Banda
BWRF = 8 MHz UHF
I: 41 - 68 MHz
III: 162 - 230 MHz
IV: 470 – 582 MHz
V: 582 – 960 MHz
R
G
Y
Cod.
B
Vídeo: PAL
⌧Luminancia en BB.
⌧Crominancia QAM.
U
V QAM
AUDIO
C Sum.
PAL AM
BLV-
RF
FM
Audio:
⌧1ª portadora FM, Δfp = 50 kHz, Mono BWBB = 15 kHz
⌧2ª portadora NICAM, digital estéreo o dual (QPSK)
f(MHz)
5-6
Curso 2008/2009
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25
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
TV analógica
Curso 2008/2009
1.3
5
f(MHz)
DIAC – EUITT - UPM
26
2.3 Aplicaciones en audio y vídeo
TV analógica
Radioenlaces contribución
FM con Δfpp = 8 MHz, BWRF = 27 MHz
4.43 5
f(MHz)
5
⌧Vídeo 6 MHz + 4 portadoras audio FM
f(MHz)
Difusión satélites
fc
-1.25
FM con BWRF = 27-36 MHz, Banda VI a 12 GHz
PM
Todos ellos SHF
-0.75
+5 +5.5
f(MHz)
Canal TV: 7 MHz (VHF) - 8 MHz (UHF)
Curso 2008/2009
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27
Curso 2008/2009
DIAC – EUITT - UPM
28
7
Determine el diagrama de bloques del sistema de modulación para la transmisión
de ondas FM estereofónicas. Las señales de entrada l(t) y r(t) representan
señales de audio de los lados izquierdo y derecho, respectivamente. Estas
señales se suman y restan para generar l(t) + r(t) y l(t) - r(t). La señal de la
diferencia se utiliza para generar una onda DBL con una frecuencia portadora de
38 kHz. Esta portadora se deriva al aplicar una portadora piloto de frecuencia de
19 kHz a un doblador de frecuencia. La onda DBL, la señal de suma l(t) + r(t) y
la portadora piloto se suman para producir una señal compuesta x(t). La
portadora piloto se transmite con el propósito de sincronización en el receptor.
La señal compuesta x(t) se utiliza para modular en frecuencia una onda
portadora de frecuencia fc y se transmite la onda FM resultante.
a) Dibuje el espectro de amplitud de la señal compuesta x(t), suponiendo que las
señales de entrada l(t) y r(t) tienen los espectros que se muestra y que fm = 15
kHz.
b) Suponiendo una desviación de frecuencia de 75 kHz, determine el ancho de
banda de transmisión de la onda FM.
c) Construya el diagrama de bloques de un receptor que recupere las señales de
audio izquierda y derecha de la onda FM entrante.
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8