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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Curso: MODULACIÓN EN AMPLITUD
Alumno(s): Apellidos y Nombre
Código(s): HORARIO:
Espinoza AlvaradoJoan Lenin
20102001kMartes6-9pm
Sección:
M
FECHA DE PRESENTACIÓN:
25/10/12
FECHA DE REALIZACIÓN DE LA
PRÁCTICA (IF):
25/10/12
_______________________________________________________________________________________
MODULACION EN AMPLITUD
Informe Previo Experiencia Nº3
1. OBJETIVO.-
Demostrar los principios y fundamentos de la Modulación de Amplitud
Determinar los índices de modulación
Determinar su representación en el dominio del tiempo.
2. FUNDAMENTO TEORICO.-
Se denomina modulación al proceso de colocar la información contenida en una
señal, generalmente de baja frecuencia, sobre una señal de alta frecuencia.
Debido a este proceso la señal de alta frecuencia denominada portadora, sufrirá la
modificación de alguna de sus parámetros, siendo dicha modificación proporcional
a la amplitud de la señal de baja frecuencia denominada moduladora.
A la señal resultante de este proceso se la denomina señal modulada y la misma
es la señal que se transmite.
Es necesario modular las señales por diferentes razones:
- Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o
moduladora, no será posible reconocer la información inteligente contenida en
dicha señal, debido a la interferencia entre las señales transmitidas por diferentes
usuarios.
- A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al
medio que se emplee.
- Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la
multiplexación por frecuencias.
-En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables.
En resumen, la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya
que posibilita transmitir más información en forma simultánea por un mismo canal
y/o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.
TIPOS DE MODULACIÓN
Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se
realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana,
audio y video en su forma eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo
a partir de señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.
Modulación Analógica: AM, FM, PM
Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM
*Modulación por amplitud (am).
Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las
señales de datos son analógicas.
Un modulador AM es un dispositivo con dos señales de entrada, una señal
portadora de amplitud y frecuencia constante, y la señal de información o
moduladora. El parámetro de la señal portadora que es modificado por la señal
moduladora es la amplitud.
En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es un tipo de modulación lineal
que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta
cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la
información que se va a transmitir.
*Modulación por frecuencia (fm).
La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación
angular que transmite información a través de unaonda portadora variando
su frecuencia (contrastando esta con la amplitud modulada o modulación de
amplitud (AM), en donde laamplitud de la onda es variada mientras que su
frecuencia se mantiene constante). En aplicaciones analógicas, la frecuencia
instantánea de la señal modulada es proporcional al valor instantáneo de la señal
moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de la
onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación
conocida como FSK.
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy
alta frecuencia por la alta fidelidad de laradiodifusión de la música y
el habla (véase Radio FM). El sonido de la televisión analógica también es
difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para
comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones
deaficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado
amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, la
banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para
ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias intermedias de la
mayoría de los sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar
la luminancia (blanco y negro) de la señal de video. La frecuencia modulada es el
único método factible para la grabación de video y para recuperar de la cinta
magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con una gran
variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a
varios megahercios, siendo también demasiado amplia para trabajar
con equalisers con la deuda al ruido electrónico debajo de -60 dB. La FM también
mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa como una forma
de reducción de ruido del audio, y un simplecorrector puede enmascarar
variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de
FM elimina a través de impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si se
añade a la señal - que se hizo en V2000 o video 2000 y muchos formatos de alta
banda - puede mantener el temblor mecánico bajo control y ayudar al tiempo de
corrección.
Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones,
la mejora de un sistema de transmisión y recepción en características como la
relación señal – ruido, sin duda es uno de los más importantes, pues permite una
mayor seguridad en las mismas. Es así como el paso de Modulación en Amplitud
(A.M.), a la Modulación en Frecuencia (F.M.), establece un importante avance no
solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también en la
mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes
en A.M.
La frecuencia modulada también se utiliza en las frecuencias de audio para
sintetizar sonido. Está técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada a
principios de lossintetizadores digitales y se convirtió en una característica
estándar para varias generaciones de tarjetas de sonido de computadoras
personales.
*Modulación por fase (pm).
Tipo de modulación que se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía
directamente de acuerdo con la señal modulante, resultando una señal
de modulación en fase.
Se obtiene variando la fase de una señal portadora de amplitud constante, en
forma directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante. La
modulación de fase no suele ser muy utilizada porque se requieren equipos de
recepción más complejos que los de frecuencia modulada. Además puede
presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal
tiene una fase de 0º o 180º.
3. EQUIPOS Y MATERIALES.-
a) Generador de audio: 300 hz – 30Khz
b) Equipo Modulador
c) Osciloscopio 25mhz , 5mV/div
4. PROCEDIMIENTO.-
4.1 FUNCIONAMIENTO DEL MODULADOR
a. Conecte a la entrada del modulador , el generador de audio, y a su salida el
osciloscopio; como se muestra en la fig. 1 . Si trabaja con osciloscopio de 2
canales conecte la salida del generador de audio al otro canal.
b. Varíe lentamente la amplitud del generador de audio hasta obtener en la salida
del
modulador, una señal de salida máxima.(ajustar la frecuencia del modulador en
300 Khz.).
c. Obtenga 1 Vpp en la salida del modulador, para lo cual regule la amplitud de la
portadora
d. Varíe la frecuencia del generador de audio a la frecuencia hasta 1Khz, observe
la señal de salida del modulador .Cambie la amplitud de la señal moduladora y
determine el
comportamiento del modulador para los siguientes casos:
m = 0 Emaximo= ; E mínimo= ;
0 < m < 1 Señal modulada =
m = 1 Señal modulada =
m > 1 Señal modulada =
4.2. RESPUESTA EN FRECUENCIA DEL MODULADOR
a. Manteniendo constante el porcentaje de modulación (se recomienda un 50%);
varie la
frecuencia de la señal moduladora entre 100hz y 20 Khz
b. Mida y anote la amplitud de la señal modulada para cada variación de la
frecuencia de la moduladora.
4.3 LINEALIDAD DEL MODULADOR
a. Manteniendo constante la frecuencia de la señal moduladora a 1Khz, varíe la
amplitud de la señal moduladora para cada porcentaje de modulación entre 10% al
90%
b. Mida y anote la amplitud de la señal moduladora para cada porcentaje de
modulacion
c. Repita las mediciones sindicadas para frecuencias moduladoras de 300 hz y
10khz
5. RESPUESTA A PREGUNTAS.-
1. Identifique y explique la expresión matemática de las bandas laterales.
*La modulación en doble banda lateral (DBL), en inglés DoubleSide Band (DSB),
es una modulación lineal que consiste en modificar la amplitud de la
señal portadora en función de las variaciones de la señal de información o
moduladora. La modulación en doble banda lateral equivale a una modulación AM,
pero sin reinserción de la portadora.
Considerando la señal portadora cómo:
La señal modulada en DBL responde a la siguiente ecuación:
donde es la señal de información (mensaje), y la señal modulada
en DBL.
Se trata pues, de multiplicar la señal moduladora y la señal portadora de forma de
obtener una señal cuya envolvente es directamente la señal de información
multiplicada por la amplitud de la portadora. Espectralmente, esto equivale
a convolucionar las dos señales, por tanto, desplazar el espectro de la señal
moduladora centrándolo en la frecuencia de la portadora, positiva y negativa. Esto
implica que el ancho de banda de la señal DBL es, como en AM, el doble del
ancho de banda del mensaje.
La principal ventaja de la modulación DBL respecto la modulación AM es que toda
la potencia de la señal moduladora se emplea en la transmisión de la información,
de modo que la relación señal-ruido (SNR) en recepción será mayor.
El principal inconveniente es que su demodulación es más complicada, ya que el
hecho de multiplicar directamente la señal portadora y la moduladora, implica que
la envolvente de la señal modulada es directamente x(t), y teniendo en cuenta que
x(t) tomará valores positivos y negativos, no podremos recuperar la información
con un simple detector de envolvente.
*La modulación SSB es usada habitualmente por los servicios marítimos
(estaciones costeras telefonía dirigida a barcos...) o los aviones (en viajes
transoceánicos) cuando las distancias a salvar son grandes y se necesitan
grandes potencias de emisión.
Sea tel tiempo, x (t)la señal moduladora, x̂ (t)la transformada de Hilbert de la señal
moduladora y f ola frecuencia de la portadora. Se puede demostrar que la señal
modulada en banda lateral única con portadora suprimida, y (t ), es:
y (t )=x ( t ) .cos (2π f ot )− x̂ (t ) . sen(2 π f o t)
Para una modulación en banda lateral superior, o bien
y (t )=x ( t ) .cos (2π f ot )+ x̂ (t ) . sen (2π f o t)
Para una modulación en banda lateral inferior.
2. Exprese la potencia de las bandas laterales y sustente su relación con respecto a
la potencia de la portadora.
La amplitud máxima de cada banda lateral está dada por la expresión:
y cómo la potencia es proporcional al cuadrado de la tensión, la potencia de la
señal modulada resultará la suma de la potencia de la señal portadora mas la
potencia de ambas bandas laterales:
Para que la igualdad sea posible debemos tener en cuenta las potencias en lugar
de las tensiones:
En el caso de que la modulación sea al cien por ciento, entonces y por lo
tanto la potencia de la señal modulada será:
O lo que es lo mismo:
De lo último se desprende que la onda portadora consumirá dos tercios de la
potencia total, dejando un tercio para ambas bandas laterales.
Potencia en doble banda lateral:
Podemos calcular la potencia de la señal modulada DBL a partir de su expresión
temporal calculando la esperanza de ésta al cuadrado.
dónde es la potencia de la señal moduladora y Ap la amplitud de la portadora.
3. Defina la modulación de amplitud en cuadratura QAM, obtenga su
expresión matemática.
Es una técnica de modulación digital avanzada que transporta datos, mediante la
modulación de la señal portadora de información tanto en amplitud como en fase.
Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasando 90º la fase y la
amplitud.
La señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales
previamente moduladas en DBL-PS (Doble Banda Lateral - con Portadora
Suprimida)
Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:
Modems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps.
Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta
velocidad por canales con ancho de banda restringido).
Modulación TCM (TrellisCodedModulation), que consigue velocidades
de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la
codificación de canal.
Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias
situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de
datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.
La modulación QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK)
de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia
pero que están desfasadas entre sí 90º. La señal modulada QAM es el resultado
de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin
interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están
en cuadratura.
La ecuación matemática de una señal modulada en QAM es:
Las amplitudes de las dos señales moduladas en ASK (a y b), toman de forma
independiente los valores discretos y correspondientes al total de los “N”
estados de la señal moduladora codificada en banda base multinivel, según la
ecuación N= n * m.
Una modulación QAM se puede reducir a la modulación simultánea de
amplitud y fase de una única portadora, pero sólo cuando los
estados de amplitud y de fase que esta dispone, mantienen con las amplitudes de
las portadoras originales y la relaciones que se indican:
donde y están moduladas en ASK, esta
modulada en ASK y es una expresión modulada en PSK
Estas expresiones se deducen fácilmente a partir de las siguientes:
donde:
4. Describa con ejemplos los diferentes tipos de moduladores de amplitud,
graficar y explicar su esquema eléctrico.
MODULACION EN DOBLE BANDA LATERAL (DSB)
Se puede definir como AM con la portadora suprimida con el objeto de ahorrar
potencia. Este tipo de modulación se usa en comunicación punto a punto donde
hay un solo receptor ya que este sería más complejo que en AM. También se
utiliza para colocar los canales derecho e izquierdo ( R y L) en FM estéreo, con el
propósito de tener buena reproducción en la zona de baja frecuencia; por esta
misma razón, algunos sistemas de telemetría usan el esquema DSB.
Sea x(t) un mensaje que cumple las condiciones indicadas en la introducción; sea
xc(t) = AcCosct la portadora. La señal DSB se expresará como xDSB(t) = Acx(t)
Cosct.
La Figura Nº 3.2 muestra la señal xDSB(t) para un mensaje x(t) sinusoidal. Como
se ve la envolvente no sigue la forma del mensaje.
Figura Nº 3.2 Modulación DSB
* Espectro de una señal DSB
Supongamos un mensaje x(t) cuyo espectro ocupa una banda W tal y como se
ilustra:
Al transformar la señal DSB , se tendrá:
XDSB(f) = (Ac /2) X ( f-fc) + (Ac /2) X ( f+fc)
Gráficamente:
Se observa que solo aparece el espectro del mensaje trasladado en frecuencia
( no aparece la portadora) por lo que el ancho de banda es , como en AM, igual a
2W.
*Cálculo de potencia de la señal DSB
Determinemos la potencia de la señal DSB , promediando el cuadrado de
xDSB(t) .
<(xDSB(t))2 > =< Ac2 x2 (t)Cos2ct> =
< 0.5 Ac2x2 (t) Cos2ct + 0.5 Ac2x2 (t) >
Pero <x2 (t) Cos2ct> = 0 porque x2 (t) no coincide en frecuencia con Cos2ct .
Así:
<( xDSB(t))2 > = < 0.5 Ac2x2 (t) >
Si llamamos Sx a la potencia del mensaje x(t) :
<( xDSB(t))2 > =0.5 Ac2Sx = 2 PSB
La eficiencia resulta:
Eficiencia= (2 PSB / Ptotal ) x 100% = 100%
En conclusión podemos decir que DSB es un sistema que produce:
a) Un ancho de banda de transmisión igual al doble del ancho de banda del
mensaje (2W)
b) Una eficiencia de 100%.
Falta por analizar la complejidad de sus esquemas prácticos de modulación y
demodulación, cosa que veremos a continuación.
*Moduladores DSB
Para conseguir una señal DSB se necesita básicamente un multiplicador que
puede ser analógico o basado en la función logaritmo tal y como se explicó para
AM.
Existen otras formas de lograr la modulación DSB:
a) Utilizando elementos no lineales.
c) Utilizando 2 moduladores AM ( Modulador balanceado)
* Moduladores que utilizan elementos no lineales:
Por ejemplo se pueden usar dispositivos donde :
xout (t) = a1 xin2(t) .
Si se tiene xin (t) = AcCosct.+ x(t)
xout (t) = a1 ( AcCosct.+ x(t))2
xout(t)=a1 Ac2Cos2ct.+2 a1 Acx(t)Cosct.+ a1 x 2 (t)
Los 3 términos están:
Término 1: Ubicado f= 2fcy en f=0
Término 2: Ubicado alrededor de fc (Necesario para la señal DSB)
Término 3: Ubicado en banda base, ancho 2W.
Por lo tanto si xout(t)pasa por un filtro pasabanda ubicado en fccon ancho de
banda 2W , solo quedará:
xout(t)=2 a1 Acx(t)Cosct que es una señal DSB.
Como los dispositivos no lineales de ley cuadrática perfecta son difíciles de
conseguir, en la práctica se utilizan dos moduladores AM que, combinados como
se indica a continuación, producen un modulador balanceado.
En la rama superior, a la salida del modulador AM se tiene
Ac( 1 + 0.5x(t)) Cosct
En la rama inferior, a la salida del modulador AM se tiene
Ac( 1 - 0.5x(t)) Cosct
Al restar estas dos señales se obtiene la señal DSB.
MODULACION EN DOBLE BANDA LATERAL VESTIGIAL(VSB)
La modulación de banda lateral vestigial, en inglés Vestigial Side Band (VSB),
es una modulación lineal que consiste en filtrar parcialmente una de las dos
bandas laterales resultantes de una modulación en doble banda lateral o de una
modulación AM.
Esta modulación se utiliza en la transmisión de la componente de luminancia en
los sistemas PAL, SECAM y NTSC de televisión analógica. La banda lateral que
es parcialmente filtrada constituye un vestigio de la banda lateral original y porta
habitualmente del 5% al 10% de la potencia total transmitida, mejorando la
relación señal a ruido en las bajas frecuencias de la señal moduladora.
Las principales ventajas de este sistema son:
Ocupa menor ancho de banda que la modulación en AM de Doble Banda
Lateral DSB-LC
Puede ser demodulada usando demoduladores síncronos de AM
No requiere de filtros tan abruptos (filtros mas realizables en la realidad)
MODULACION EN CUADRATURA (QAM)
El QAM es una forma de modulación digital en donde la información digital esta
contenida, tanto en la amplitud, como en la fase de la portadora transmitida. En el
transmisor se omite un inversor entre el canal C y el modulador de producto Q
para 8-PSK.
Los datos que están entrando se dividen en grupos de 3 bits: los flujos de bits I, Q
y C cada uno con una tasa de bits igual a un tercio de la tasa de datos que están
entrando. Los bits I y Q determinan la polaridad de la señal PAM y el canal C
determina la magnitud.
La única diferencia en el receptor con respecto a 8-PSK son las diferencia en los
niveles PAM, en la salida de los detectores de producto, la señales binarias a la
salida de los convertidores analógico y digital. Debido a que hay dos amplitudes
de transmisión posibles, con 8-QAM, que son diferentes de aquellas factibles con
el 8-PSK, los cuatro niveles PAMdemodulados, son diferentes de aquellos en 8-
PSK.
*Desplazamiento de fase binaria (BPSK)
Con este tipo de modulación son posible dos fases de salida para una sola
frecuencia de portadora. Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra un 0
lógico. Conforme la señal digital de entrada cambia de estado, la fase de la
portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que están 180º fuera de fase.
El BPSK es una forma de modulación de onda cuadrada de portadora suprimida
de una señal de onda continua.
*Transmisor de BPSK. La fig. 4 muestra un diagrama a bloques de un modulador
BPSK. Demodulador balanceado actúa como un conmutador para invertir la fase.
Dependiendo de la condición lógica de la entrada digital, la portadora se transfiere
a la salida, ya sea en fase o 180º fuera de fase, con el oscilador de la portadora de
referencia.
5. Cuáles son las diferencias entre una transmisión de señal SSB (Single
Side Band), DSB (Doubleside Band), SSB con portadora suprimida.
Modulación en banda lateral única (BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band)
es una evolución de la AM. La banda lateral unica es muy importante para la rama
de la electrónica básica ya que permite transmitir señales de radio frecuencia que
otras modulaciones no pueden transmitir.
En la transmisión en Amplitud Modulada se gasta la mitad de la energía en
transmitir una onda de frecuencia constante llamada portadora, y sólo un cuarto en
transmitir la información de la señal moduladora (normalmente voz) en una banda
de frecuencias por encima de la portadora. El otro cuarto se consume en transmitir
exactamente la misma información, pero en una banda de frecuencias por debajo
de la portadora.
Es evidente que ambas bandas laterales son redundantes, bastaría con enviar una
sola. Y la portadora tampoco es necesaria.
Por medio de filtros colocados en el circuito de transmisión, el transmisor BLU
elimina la portadora y una de las dos bandas.
El receptor, para poder reproducir la señal que recibe, genera localmente -
mediante un oscilador- la portadora no transmitida, y con la banda lateral que
recibe, reconstruye la información de la señal moduladora original.
Un ejemplo de emisor / receptor BLU es el BITX.
Doble-sideband la transmisión del transportista suprimido (DSB-Consejero-
principal): la transmisión en la cual las frecuencias (a) producidas por la
modulación de amplitud son simétricamente espaciadas encima y debajo de la
frecuencia del transportista y (b) el nivel del transportista se reduce al nivel
práctico más bajo, idealmente completamente suprimido.
En la doble-sideband transmisión del transportista suprimido (DSB-Consejero-
principal) modulación, a diferencia de la mañana, el transportista de onda no se
transmite; así, un gran porcentaje del poder que se dedica a ello se distribuye
entre el sidebands, que implica un aumento de la tapa en el DSB-Consejero-
principal, comparado con de la mañana, para el mismo poder usado.
La transmisión del DSB-Consejero-principal es un caso especial de la Doble-
sideband transmisión del transportista reducida.
Esto se usa para RDS (Sistema de datos de la Radio).
6. Defina la modulación por Banda Lateral Residual, espectro en frecuencia,
aplicaciones.
Este tipo de modulación se emplea para señales moduladas de banda
ancha, como las de la televisión, en las que el ancho de banda puede ser
superior a los 5,5 MHz.
Consiste en transmitir parte de una de las bandas laterales, es decir, sólo lo
que se considera parte residual, y transmitir la otra banda lateral completa.
La modulación VSB es buena para el caso de voz en donde no tenemos
componentes a baja frecuencia de forma que se puede de modular la señal de
forma sencilla. Cuando la señal moduladora m(t) tiene componentes a frecuencias
extremadamente bajas (como en el caso de se˜nales de TV), la banda lateral
superior e inferior se juntan a la frecuencia de la portadora. Por ello, la modulación
VSB no es apropiada debido a la dificultad de aislar una de las bandas laterales.
Esto sugiere otro tipo de modulacion: la banda lateral residual (VSB:
VestigeSideBand), que establece un compromiso entre SSB y DSB. En este tipo
de modulacion se transmite casi completamente una de las bandas laterales,
mientras que la otra solo se transmite una parte muy pequeña (la banda residual).
Para el caso de una señal moduladora con ancho de banda W como la de la figura
6.1, el espectro de la señal VSB usando banda residual superior se muestra
en la figura 6.2. La cantidad de banda lateral no deseada transmitida (superior)
compensa a la cantidad de banda lateral deseada eliminada (inferior).
7. Dar ejemplos de tipos de moduladores de banda lateral residual, grafique
su esquema.
Cuando se quiere ahorrar ancho de banda, la modulación SSB parece la más
adecuada. Sin embargo, dado que es imposible eliminar exactamente la banda
indeseada, este esquema de modulación produce una mala reproducción de las
bajas frecuencias; ademas es bastante complicado generarla y detectarla.
Aparece entonces un esquema de modulación que mejora estos dos últimos
problemas a cambio de un ligero aumento del ancho de banda. Esto produce VSB
o banda lateral vestigial, que deja pasar casi completamente una banda y un
vestigio de la otra tal y como se muestra a continuación. La aplicación más
difundida de VSB es en TV comercial. La señal VSB puede ser vista como una
señal DSB filtrada de manera muy particular. Las características de dicho filtro se
deducen imponiendo como condición que el mensaje se pueda recuperar con un
detector síncrono como en todos los otros métodos de modulación lineal. Veamos
este análisis:
TRANSMISOR: La señal DSB tiene un espectro de la siguiente forma
XDSB(f)= Ac/2 [ X(f-fc) + X(f+fc) ]
Al pasarla por el filtro VSB:
XVSB(f)= Ac/2 [ X(f-fc) + X(f+fc) ] H(f)
RECEPTOR: Si se quiere recuperar el mensaje con un detector síncrono, el cual
lo primero que hace es multiplicar la señal VSB por un tono de frecuencia fc, se
tendría lo siguiente:
A /2 [ XVSB (f-fc) + XVSB (f+fc) ]=
=
Al pasar por el filtro pasabajo del detector síncrono, solo queda:
Para esto, [H (f+fc) + H (f-fc) ] = constante para |f| W. Esto sería posible si H(f)
fuese por ejemplo cualquiera de las dos respuestas siguientes:
8. Grafique y explique el diagrama de bloques de un transmisor BLU.
Vamos a describir dos metodos utilizados de forma general para generar
senalesSSB: discriminador en frecuencia y discriminador en fase. El primero de
estos metodos se basa en el dominio de la frecuencia, mientras que el segundo de
ellos en el dominio del tiempo, respectivamente.
Metodo Discriminador en Frecuencia
Este metodo se puede utilizar para generar una senal SSB cuando la senal banda
base esta restringida en frecuencia a una banda W1 <|f| < W2, o lo que es lo
mismo, la se˜nal banda base no tiene componentes por debajo de una cierta
frecuencia W1. Bajo estas condiciones la banda lateral deseada aparecera
separada de la banda lateral no deseada y se podra obtener la senal SSB
mediante filtrado. Un modulador de SSB basado en el dominio de la frecuencia
estara formado por un modulador producto (por ejemplo un modulador en
estrella) que genere una senal DSB, seguido de un filtro paso banda que deje
pasar la banda deseada y elimine la otra. En la figura 5.9 se puede ver el esquema
de este tipo de modulador.
El requisito mas severo de este metodo proviene de la banda lateral no deseada:
la componente en frecuencia mas cercana de la banda no deseada a la deseada
esta separada dos veces la menor componente de la senal moduladora, es decir
2W1. El filtro debe cumplir dos requisitos:
La banda de paso del filtro ocupa la misma banda de frecuencias que la banda
lateral deseada.
El ancho de la banda de transicion del filtro, que separa la banda de paso de la
banda de corte del filtro, debe ser como mucho dos veces la menor componente
frecuencial de la senal moduladora, 2W1.
En general, ya que la frecuencia portadora fces muy grande comparada con 2W1,
es muy difıcil disenar un filtro que deje pasar la banda deseada y rechace la no
deseada. En este caso es necesario utilizar el esquema mostrado en la figura
5.10. Como se puede ver, se requieren dos etapas de modulacion. La salida del
primer filtro se utiliza como senal moduladora del segundo modulador, dando lugar
a otra senal DSB
cuyo espectro será simetrico con respecto a fc2 . Ahora la separacion entre la
banda lateral superior y la inferior es 2fc1 , permitiendo que la banda no deseada
se pueda eliminar de forma sencilla mediante filtrado.
Metodo Discriminador en Fase.
En la figura 5.11 se puede ver esquematicamente el modulador SSB usando
discriminacion en fase. Se requieren dos procesos de modulación simultaneos
separados y despues combinar adecuadamente sus salidas.
El esquema de la figura 5.11 sigue directamente la ecuacion (5.16), que es la
forma canonica de la senal SSB en el dominio del tiempo.
Los moduladores producto A y B utilizan senales portadoras en cuadratura. La
senal moduladora m(t) se aplica al modulador producto A, dando lugar a una senal
DSB que contiene las dos bandas laterales colocadas de forma simetrica con
respecto a f con referencia de fase. La transformada de Hilbert de la
senal moduladora, m(t), se aplica al modulador producto B, dando lugar a una
segunda senal DSB que contiene las mismas bandas laterales con la misma
amplitud que en el canal en fase, pero con una fase tal que si se suman las dos
señales DSB se cancela una de las bandas laterales y se refuerza la otra. En el
caso de que se sumen, tendriamos una senal SSB con banda lateral inferior. Si se
restan, la senal SSB seria con banda lateral superior. Este tipo de modulador se
denomina modulador Hartley.
Para generar la senal m(t) en cuadratura con respecto a la senal moduladora
original m(t) se necesita una red que desfase 900 cada componente frecuencial de
m(t), pero que deje su amplitud sin modificar.
9. Detallar las limitaciones de la modulación de amplitud.
La modulación en amplitud sufre de dos limitaciones fundamentales:
1. La modulación en amplitud desperdicia potencia ya que se transmite
la onda portadora.
2. La modulación en amplitud desperdicia ancho de banda debido a
que se transmiten las bandas laterales superior e inferior y para
recuperar la información solo seria necesaria una banda lateral. Por
lo tanto, se desperdicia ancho de banda puesto que se requiere un
ancho de banda de transmisión igual al doble de la información.
Para superar las limitaciones expuestas, se hacen algunas modificaciones como
suprimir la portadora (AM-PS), alguna de las bandas laterales (BLU) o se
transmite solo una parte de la banda lateral (BLR) dependiendo de la aplicación.
10. La señal AM con frecuencia de portadora Fc que emite un transmisor se
propaga en el espacio libre, cual es la potencia Pr que recibe el receptor
ubicado a una distancia D del transmisor que cuenta con una antena de
ganancia Gr y Gt respectivamente. Considerar un factor de pérdida igual a
1.
La razón de transmisión entre las dos antenas esta dada por:
PrPt
= ¿∗Gr∗λ2
(4∗π∗R)2∗Fp
Si consideramos ambas antenas isotrópicas (ganancia=1) la ecuación resultante
nos da las perdidas de propagación por el medio (espacio libre)
independientemente de las antenas.
Perdidas= λ2
(4∗π∗R)2
LuegoFp=1, λ=Cf=3∗10
8
Fc y también: R=D , pero como se trata de una señal
modulada AM entonces se conoce la potencia de transmisión:
Pt=¿
Remplazando datos obtenemos:
Pr=¿∗Gr∗( 3∗10
8
Fc)2
(4∗π∗D)2∗¿
11. El transmisor AM de una estación de radiodifusión con frecuencia de
portadora de 1160 Khz. qué tipo de antena usara para transmitir su señal
desde los estudios hasta su planta transmisora ubicada en línea de vista a
una distancia de 20 Km?
Las antenas parabólicas usan características físicas así como antenas de
elementos múltiples para alcanzar muy alta ganancia y direccionalidad. Estas
antenas usan un plato reflector con la forma de una parábola para enfocar las
ondas de radio recibidas por la antena a un punto focal. La parábola también
funciona para capturar la energía radiada por la antena y enfocarla en un haz
estrecho al transmitir. Como puede verse en la Figura 5, la antena parabólica es
muy direccional. Al concentrar toda la potencia que llega a la antena y enfocarla
en una sola dirección, este tipo de antena es capaz de proveer muy alta ganancia.
Figura 5, Patrón de Elevación de Plato Parabólico
12. Las ondas de propagación terrestre o superficial y las ondas espacial
(aire) sufren atenuaciones debido a que tipos de perdidas?
La propagación de ondas se refiere a la propagación de ondas electromagnéticas
en el espacio libre. Aunque el espacio libre realmente implica en el vacío,
con frecuencia la propagación por la atmósfera terrestre se llama
propagación por el espacio libre y se puede considerar siempre así. La
principal diferencia es que la atmósfera de la Tierra introduce perdidas de la
señal que no se encuentran en el vacío.
Las ondas electromagnéticas se propagan a través de cualquier material
dieléctrico incluyendo el aire pero no se propagan bien a través de conductores
con pérdidas como el agua de mar ya que los campos eléctricos hacen que fluyan
corrientes en el material disipando con rapidez la energía de las ondas.
Las ondas de radio se consideran ondas electromagnéticas como la luz y al
igual que ésta, viajan a través del espacio libre en línea recta con una
velocidad de 300,000,000 (3108 ) metros por segundo. Otras formas de ondas
electromagnéticas son los rayos infrarrojos, los ultravioleta, los rayos X y los rayos
gamma.
Las ondas de radio se propagan por la atmósfera terrestre con energía
transmitida por la fuente, posteriormente la energía se recibe del lado de la
antena receptora.
La radiación y la captura de esta energía son funciones de las antenas y
de la distancia entre ellas.
12.2 Pérdidas de la señal en el espacio libre
El espacio libre puede ser considerado como vacío y no se consideran
pérdidas.
Cuando las ondas electromagnéticas se encuentran en el vacío, se llegan a
dispersar y se reduce la densidad de potencia a lo que es llamado atenuación.
La atenuación se presenta tanto en el espacio libre como en la atmósfera terrestre.
La atmósfera terrestre no se le considera vacío debido a que contiene partículas
que pueden absorber la energía electromagnética y a este tipo de reducción de
potencia se le llama pérdidas por absorción la cual no se presenta cuando las
ondas viajan afuera de la atmósfera terrestre.
12.3 Propagación terrestre de las ondas electromagnéticas
Las ondas terrestres son todas las ondas electromagnéticas que viajan dentro de
la atmósfera terrestre, así también, las comunicaciones entre dos o más puntos
de la 4 Tierra son llamadas radiocomunicaciones. Las ondas terrestres se ven
influidas por la atmósfera y por la Tierra misma.
Las radiocomunicaciones terrestres se pueden propagar de distintas formas y
estas formas dependen de la clase de sistema y del ambiente, las ondas
terrestres tienden a viajar en línea recta, pero tanto la Tierra como la atmósfera
pueden alterar su trayectoria. Existen tres formas de propagación de ondas
electromagnéticas dentro de la atmósfera que corresponden a las ondas
terrestres, ondas espaciales y ondas celestes o ionosféricas. Mostradas en la
figura 2.1 cuando las ondas viajan directamente del transmisor al receptor se
le llama transmisión de línea de vista (LOS-Line of Sight por sus siglas en
ingles).
12.4 Propagación de ondas terrestres
Las ondas terrestres son las ondas que viajan por la superficie de la tierra,
éstas deben de estar polarizadas verticalmente debido a que el campo eléctrico
en una onda polarizada horizontalmente sería paralelo a la superficie de la
tierra y se pondría en corto por la conductividad del suelo.
En las ondas terrestres el campo eléctrico variable induce voltajes en la
superficie terrestre que hacen circular corrientes muy parecidas a las de una
línea de transmisión. La superficie terrestre también tiene pérdidas por
resistencia y por dieléctrico. Por consiguiente, las ondas terrestres se
atenúan a medida que se 5 propagan haciéndolo mejor sobre una superficie
buena conductora como el agua salada y son mal propagadas en superficies
como desiertos. La atmósfera terrestre tiene un gradiente de densidad, es decir,
la densidad disminuye en forma gradual conforme aumenta la distancia a la
superficie terrestre, esto hace que el frente de onda se incline en forma
progresiva hacia adelante. Así, la onda terrestre se propaga en torno a la
Tierra y queda cerca de su superficie pudiéndose propagar más allá del
horizonte o incluso por toda la circunferencia de la Tierra como se muestra
en la figura 2.2.
12.5 Propagación de ondas espaciales
Esta clase de propagación corresponde a la energía irradiada que viaja en
los kilómetros inferiores de la atmósfera terrestre. Las ondas espaciales son
todas las ondas directas y reflejadas en el suelo como se muestra en la figura 2.3.
Las ondas directas viajan esencialmente en línea recta de la antena transmisora a
la receptora. Esta transmisión se le llama transmisión de línea de vista.
Esta transmisión se encuentra limitada principalmente por la curvatura de la
tierra. La curvatura de la Tierra presenta un horizonte en la propagación de
las ondas espaciales, que se suele llamar el horizonte de radio.
13. Explique la refracción, difracción y reflexión producida por la propagación de
ondas.
La reflexión:
Ocurre cuando una señal electromagnética, que se propaga, golpea sobre un
objeto cuyas dimensiones son mucho más grandes que la longitud de onda de la
señal electromagnética y que tiene diferentes propiedades eléctricas. Un
porcentaje de la señal es transmitido dentro del objeto y otro porcentaje es
reflejado.la señal se refleja con un Angulo de reflexión.
La refracción:
Es el cambio de dirección de una onda cuando cruza el límite entre dos medios en
los cuales la onda viaja con diferente rapidez.
El fenómeno de la refracción supone un cambio en la velocidad de propagación de
la onda, cambio asociado al paso de un medio a otro de diferente naturaleza o de
diferentes propiedades. Este cambio de velocidad da lugar a un cambio en la
dirección del movimiento ondulatorio. Como consecuencia, la onda refractada se
desvía un cierto ángulo respecto de la incidente.
La refracción se presenta con cierta frecuencia debido a que los medios no son
perfectamente homogéneos, sino que sus propiedades y, por lo tanto, la velocidad
de propagación de las ondas en ellos, cambian de un punto a otro. La propagación
del sonido en el aire sufre refracciones, dado que su temperatura no es uniforme.
En un día soleado las capas de aire próximas a la superficie terrestre están más
calientes que las altas y la velocidad del sonido, que aumenta con la temperatura,
es mayor en las capas bajas que en las altas. Ello da lugar a que el sonido, como
consecuencia de la refracción, se desvía hacia arriba. En esta situación la
comunicación entre dos personas suficientemente separadas se vería dificultada.
El fenómeno contrario ocurre durante las noches, ya que la Tierra se enfría más
rápidamente que el aire
La difracción es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el
curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar
una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras,
ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las
ondas de radio.
14. Explique la influencia de la ionosfera en las transmisiones de radio.
Ionosfera: se extiende desde una altura de casi 80 km sobre la superficie terrestre
hasta 640 km o más. Cuando las partículas de la atmósfera experimentan una
ionización por radiación ultravioleta, tienden a permanecer ionizadas debido a las
mínimas colisiones que se producen entre los iones. La ionosfera tiene una gran
influencia sobre la propagación de las señales de radio. Una parte de la energía
radiada por un transmisor hacia la ionosfera es absorbida por el aire ionizado y
otra es refractada, o desviada, de nuevo hacia la superficie de la Tierra. Este
último efecto permite la recepción de señales de radio a distancias mucho
mayores de lo que sería posible con ondas que viajan por la superficie terrestre.
15. Explique la zona de Fresnel y la interferencia que causaría en la
propagación de ondas.
Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda -
electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las
ondas en dicho volumen no supere los 180º.
Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el
receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca
hasta que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución.
La segunda zona abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que
contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores.
La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el
40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el
20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la
tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar
despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener
despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.
Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de
vista de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las
antenas transmisora y receptora.
La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:
16. Describir el espectro radioeléctrico- determinar las bandas de frecuencia.
*Espectro radioeléctrico
El espectro radioeléctrico es un concepto fundamental en materia de
telecomunicaciones, que se encuentra asociado a las comunicaciones
inalámbricas y puede ser entendido como el medio en el que se propagan las
ondas electromagnéticas que son empleadas en dicho tipo de comunicaciones
para transmitir información (datos, imágenes, voz, sonido, etc.)
Bandas de frecuencia:
17. Esquematizar el espectro electromagnético, cuál es su relación con el
espectro radioeléctrico?
El espectro electromagnético y el espectro radioeléctrico.
Ahora bien, no todas las ondas electromagnéticas son propicias para usarse como
medios de transmisión de los servicios de telecomunicaciones y radiodifusión, de
forma que sólo las que se encuentran en determinado rango serán susceptibles de
ser empleadas para la prestación de este tipo de servicios.
En ese orden de ideas, es en el espectro radioeléctricoel ámbito en el que se
desarrollan una buena parte de los servicios de telecomunicaciones, el cual a su
vez, está contenido en el espectro electromagnético.
Para comprender lo señalado en el párrafo anterior, es necesario definir los dos
conceptos mencionados, a saber:
a)Espectro electromagnético.- Es el conjunto de frecuencias de ondas
electromagnéticas continuas en el rango de 3Hz a 1025 Hz.
b)Espectro radioeléctrico.- Es el segmento de frecuencias comprendido en el
espectro electromagnético, ubicado en el rango de ondas electromagnéticas que
van de 3KHz a 3000GHz.
Dicho de otra forma,el espectro radioeléctrico es una porción del espectro
electromagnético y es precisamente en esa porción en donde operan las emisoras
de radio (AM y FM), las de televisión abierta (por aire) y microondas, de telefonía
celular, los sistemas satelitales, los radioaficionados, las comunicaciones vía
Internet, los radiomensajes (pagers), las comunicaciones de aeronaves, buques,
transporte terrestre, entre otros servicios de telecomunicaciones.
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