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