UNIDAD III TECNICAS DE MODULACION ANALOGICA SISTEMAS DE COMUNICACIONES I Ing. Heddy Lu Giménez Naim Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” Departamento de Ingeniería Electrónica Julio 2015
LAPSO ACADEMICO: 2015-01
CONTENIDO • Unidad III – Técnicas de Modulación Analógica • • • • • • • • • •
Introducción Modulacion en Amplitud Modulador Ancho de Banda Indice de Modulación Detector Asincrónico y sincrónico Modulación DSB-SC y SSB-SC Modulación FM y PM. Detector PLL. Ruido
El cambio máximo de amplitud de la onda de salida Em, es la suma de los voltajes de las frecuencias laterales superior e inferior. Em = Efls+Efli
Índice de Modulación vs Voltaje Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Distribuci贸n de Voltaje Ing. Heddy Lu Gim茅nez Naim
Potencia de la Señal AM Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Eficiencia de la Señal AM Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Ejercicios Ing. Heddy Lu GimĂŠnez Naim
Ejercicios Ing. Heddy Lu GimĂŠnez Naim
Señal de Doble Banda Lateral con portadora suprimida (DSBSC) en una señal AM con una portadora discreta suprimida
Donde m(t) cuenta con un nivel DC igual a cero para el caso de la portadora suprimida. La eficiencia de la modulación de esta señal es de 100% debido a que no se gasta potencia en una portadora discreta.
Se requiere un detector de producto para la demodulación
Modulación AM DSB-SC Ing. Heddy Lu Giménez Naim
• Diagrama de Bloques m(t)
Ac
s(t)
cos 2 f c t
• Otra forma de generar un señal AM DSB-SC consiste en usar dos moduladores AM convencionales. (modulador balanceado) m(t)
AM DSB
+ -
s(t ) 2 Ac m(t ) cos 2 f ct
Ac cos 2 f ct - m(t)
AM DSB
• Con este sistema se consigue cancelar la componente de portadora. La razón de usar este sistema es que los sistemas AM convencionales son mas sencillos de implementar mediante electrónica (dado que conllevan una componente DC que resulta de la polarización de los transistores).
Modulación AM DSB-SC Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Esta técnica de modulación tiene como objeto emplear la menor cantidad de ancho de banda posible en el proceso de transmisión. Como se ha observado, el espectro de frecuencia de una señal f(t) es simétrico respecto al eje de frecuencia w = 0. Al modular esta señal con una onda coswct, el espectro se traslada hacia wc y - wc
SSB o BLU
Señal Modulante F(w)
w
-wm
+wm
Señal Modulada F(w-wc)/2 F(w) F(w+wc)/2
-wc
w
+wc wc-wm
wc+wm
El espectro tiene un ancho de banda de wm, mientras que al modularse, el ancho de banda es de 2wm, es decir, se duplica. La señal modulada está compuesta por dos bandas laterales.
Modulación Banda Lateral Unica Ing. Heddy Lu Giménez Naim
El rango de frecuencias por encima de + wc, se denomina banda lateral superior (denotada como B.L.S.) y el rango por debajo de + wc, se denomina banda lateral inferior (denotada como B.L.I.). Para – wc se puede analizar rotando 180 grados el espectro del lado derecho de la señal F(wwc). Para este caso, el rango de frecuencias a la izquierda de - wc, constituye la banda lateral superior, mientras que el lado derecho - wc es la banda lateral inferior.
BLI
BLS
Modulación Banda Lateral Unica Ing. Heddy Lu Giménez Naim
ASIGNACION NO. 4 Parte B Demuestre: a) Porque la potencia de la Modulaci贸n DSB-SC se cuadriplica sobre la Modulaci贸n AM convencional
Ing. Heddy Lu Gim茅nez Naim
El receptor no utiliza información de referencia de fase de la portadora para detectar las señales Los sistemas están diseñados para operar sin el conocimiento del valor absoluto de la fase de la señal que llega por lo tanto, no se requiere la estimación de fase.
El receptor necesita conocimiento de la fase e la portadora para detectar las señales. Se requiere la estimación exacta de fase
Demodulación Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Circuito eléctrico que tiene como entrada una señal de alta frecuencia, y como salida la envolvente de la señal de entrada.
Una forma de implementar el detector de envolvente es usando un dispositivo no lineal, tal que afecte la mitad de un ciclo de una señal oscilatoria diferente a la de la otra mitad.
Detector de Envolvente Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Este proceso de demodulación, recibe el nombre de detección síncrona o coherente, pues utiliza la misma frecuencia de la portadora y con la misma fase.
Si la frecuencia en el receptor no corresponde con la frecuencia del transmisor, la señal tendrá añadida un porcentaje de error.
Para garantizar la sincronización entre transmisor y receptor, comúnmente se utiliza el procedimiento de transmitir una portadora piloto (fracción de la portadora del transmisor), la cual se detecta en el receptor por medio de un filtro, se amplifica y se usa entonces como portadora en el receptor.
Detector Coherente Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Vi(t)
V1(t)
La señal pasobanda es:
Vo(t)
FILTRO PASO BAJO
Vi (t ) R(t ) cos ct (t ) , siendo R(t) la envolvente real y (t) la fase, recordando que la expresion de la envolvente compleja de una señal paso banda es: g (t ) R(t )e j (t ) x(t ) jy(t ) R(t ) cos (t ) j R(t )sin (t ) A la salida del mixer:
CASO 1: Sincronizacion de Frecuencia Debido a que la frecuencia de portadora de la señal recibida es igual a la frecuencia del oscilador local, entonces se dice que el receptor esta sincronizado en frecuencia o "sintonizado".
v1 Vi (t ) cos ct
1 1 v1 (t ) R(t ) cos (t ) R(t ) cos 2ct (t ) 2 2 El filtro paso bajo elimina la componente RF (2c ), nos queda entonces la componente de down-conversion: 1 1 vo (t ) R(t ) cos (t ) Re R(t ) e j (t ) 2 2 1 vo (t ) Re g (t )e j 2
cos 2 f c t
CASO 2: Sincronizacion de Fase Si la fase del oscilador local =0º entonces: 1 1 vo R(t )cos (t ) x(t ) 2 2
In-phase
En cambio si =90º, 1 1 j vo Re R(t )e j (t )e j Re R(t )cos (t ) jR(t )sin (t ) e 2 2 2 1 1 vo Re R(t )cos (t ) jR(t )sin (t ) ( j ) R(t )sin (t ) 2 2 1 vo y(t ) 2
Quadrature
Para cualquier otro valor de , tenemos: 1 vo R(t )cos (t ) 2
Detector Coherente Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Detector de Producto Ing. Heddy Lu GimĂŠnez Naim
Detector de Producto Ing. Heddy Lu GimĂŠnez Naim
• El detector coherente es de mucha utilidad en la recepción de señales, sin embargo tiene una desventaja: – Debe presentar coherencia o sincronía en fase y en frecuencia para poder demodular la señal recibida. • En sistemas de comunicación, la señal transmitida se propaga a través de un medio y este se comporta como un sistema lineal variante en el tiempo, el resultado es que la señal al propagarse cambia su fase, debido a las distancias que recorre, además, si el transmisor presenta excursiones en la frecuencia de portadora o en caso de sistemas móviles este se acerca o aleja del receptor, entonces se presentaran cambios en la frecuencia. • Hay algunos métodos para mantener coherencia en fase y frecuencia, uno de ellos es el Costas loop. – Básicamente es un sistema realimentado que compara la diferencia de fase entre el oscilador local y la señal modulada, y luego trata de minimizar dicho error o diferencia ajustando la frecuencia de oscilación de un dispositivo llamado VCO (oscilador controlado por voltaje).
Costas Loop Ing. Heddy Lu Giménez Naim
Objetivo: mantener D0
DSBSC Demodulator
.5Accos( ´)m(t)
Product Modulator Accos(2fct+)m(t)
LPF
V=sin2 ´)/8
cos(2fct+´(V))
Phase Discriminator
VCO
-90o
sin(2fct+´(V))
Product Modulator
D´(V) 0
LPF
VD
.5Acsin( ´)m(t)
Modulación AM DSB-SC Ing. Heddy Lu Giménez Naim
• También llamado “Zero-IF” o “Conversión Directa”. • Un esquema de este receptor es: Detector AM, FM, o digital AMP
Filtro Paso banda RF
AMP Demod
RF
AUDIO
• El sistema demodula directamente la señal en RF (paso banda) a una señal paso bajo (envolvente) sin procesamiento en bandas de frecuencias intermedias (IF: BW<f<fc)
Receptor Homodino Ing. Heddy Lu Giménez Naim
• Heterodinacion – Básicamente significa: generar una nueva frecuencia al mezclar dos o mas señales mediante un dispositivo no lineal. • El receptor super-heterodino emplea técnicas de conversión hacia arriba o hacia abajo (up or down-conversion) para trasladar la frecuencia de operación a una banda de frecuencia determinada llamada “banda de frecuencia intermedia” o IF. • Luego se extrae el mensaje o información (demodulacion) usando un detector adecuado. • Un diagrama de dicho receptor es: AMP
Filtro Paso banda RF
Filtro Paso banda IF
AMP Demod
fc
fIF SEÑAL PASO BAJO
RF fLO OSCILADOR LOCAL SINTONIZACION
A veces aquí se incluye un amplificador de alta ganancia
Receptor Superheterodino Ing. Heddy Lu Giménez Naim
• Este receptor básicamente toma el concepto del detector coherente, pero a diferencia de este traslada la frecuencia de portadora a otra banda llamada IF. • La selección de la frecuencia intermedia se basa en las siguientes consideraciones: – Debe ser un valor tal que permita tener amplificadores de alta ganancia, estables y económicos. – Dicha frecuencia (IF) debe ser de un valor bajo para que se puedan tener valores Q adecuados en los filtros, con esto se eliminan la interferencia de otros canales y se minimiza el ruido. – La frecuencia IF debe ser de un valor alto para que la respuesta de imagen en el receptor sea lo mas mínima posible. • Respuesta de imagen: es la recepción de señales no deseadas localizadas en la frecuencia de imagen debido a una atenuación insuficiente en el filtro RF.
Receptor Superheterodino Ing. Heddy Lu Giménez Naim