Unidad 3. Técnicas de Modulación


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1 Unidad Modulación de Onda Continua. 3.2 Modulación por Pulsos. 1

2 Antes de transmitir una señal con información a través de un canal de comunicación se aplica algun tipo de modulación. Esta operación tiene el objetivo de producir una señal compatible al canal. La elección lógica de la técnica de modulación a utilizar en una aplicación específica depende de: 1) características de la señal (mensaje) a transmitir, 2) características del canal, 3) desempeño deseado en el sistema de comunicación y 4) factor económico. 2

3 Los 2 tipos de modulación básicos son: a) Modulación de onda continua y b) Modulación de Pulsos. Modulación de Onda Continua En la modulación de onda continua, un parámetro de una portadora de alta frecuencia se varía de manera proporcional a la señal de información. Usualmente la portadora se considera como una onda sinusoidal, aunque no siempre debe ser así. De manera general, una señal portadora se expresa matemáticamente como donde es la frecuencia portadora. Como la onda sinusoidal se específica completamente por su amplitud o argumento entonces solo existen 3 formas en el proceso de modulación: amplitud ( ( ). ), frecuencia ( ) y fase 3

4 Modulación por Pulsos En este tipo de modulación, la señal de información se muestrea en intervalos de tiempos discretos y donde la amplitud, ancho, o posición de un pulso se varía de acuerdo a los valores de las muestra de la señal discreta, modulación por pulsos analógicos. Si al valor de la muestra de la señal se le aplica un proceso de cuantificación y codificación, esto resulta en la modulación por codificación de pulsos (modulación digital PCM). 4

5 Lineal Modulación Bilateral: La modulación bilateral resulta cuando señal de información. Así la salida de este modulador es representado como es proporcional a la Por el teorema de la modulación se tiene que el expectro de esta dado por 5

6 m(t) x c(t) x r(t) d(t) y(t) Filtro Pasabajas A cos ω t c Modulador c 2 cos ω t Demodulador c Proceso de Modulación 6

7 M(f) W 0 W f M(f+f ) c X (f) c M(f f ) c f c f c f D(f) f 2f 0 c 2f c Espectro de las señales, y. 7

8 Modulación por amplitud (AM): En AM, la señal de información de banda base hace variar la amplitud de la señal portadora de alta frecuencia. m(t) A+m(t) x (t) c A A c cos ω c t Modulación por Amplitud 8

9 Modulación por Amplitud 9

10 x (t) r d(t) Filtro Pasabajas y(t) cos ω c t Demodulador AM 10

11 Detección de Envolvente: La demodulación coherente (conocimiento de la fase en el receptor) para AM pueda ser usada para recuperar la señal de información. Sin embargo, una ventaje de AM sobre la modulación bilateral es que se puede utilizar otra técnica de demodulación mas sencilla conocida como detección de envolvente, esto se logra si la potencia de la señal portadora es adecuada. es donde.! y " min " min " " es la señal de mensaje normalizada tal que el valor mínimo de 11

12 Modulación Angular: Para generar la modulación angular, la amplitud de la señal portadora se mantiene constante y en cambio la fase o la derivada de la fase en tiempo es variada linealmente con respecto del mensaje de información. En general, la señal de modulación angular esta dada como # $ donde la fase instantánea se define como $ y la frecuencia instantánea como % # $ donde y se conocen como la desviación de fase y desviación de frecuencia. 12

13 Los 2 tipos básicos de modulación angular son: Modulación por Fase (PM) y la Modualción por Frecuencia (FM). La modulación PM implica que la desviación de fase de la portadora es proporcional al mensaje de información. Esto es, & ( & ' & donde de frecuencia de la portadora es proporcional a la señal modulada, ' es la constante de desviación. Similarmente, la modulación FM implica que la desviación 13

14 ( & ' & (, es la desviación de fase en & ( & ) ) * + +, La desviación de fase de una portadora con modulación FM esta dada por en donde, y -. Por lo tanto, la salida del modulador PM es y la salida del modulador FM es con -. 14

15 15

16 16

17 Demodulación Angular: La demodulación de una señal FM requiere de un circuito que produzca una salida proporcional a la desviación de frecuencia de la entrada. Dichos circuitos se conocen como discriminadores. Si la entrada a un discriminador es la señal modulada./ / la salida del discriminador ideal es En una señal FM, +./ - + esta dada por 10 por lo tanto /

18 ./ Un demodulador para PM puede ser implementado de la misma forma que un discriminador FM seguido por un integrador. La salida de un discrimindor PM se define como se muestra en la Figura, o equivalentemente / & ' 0 x r (t) e(t) y (t) Detector de D Diferenciador Envolvente Si la entrada al diferenciador es su salida esta dada como

19 ./ para todo t Analizando la señal Por lo tanto, la detección de envolvente puede ser utilizada (despues de la diferenciación) para recuperar la señal de información. La envolvente de se puede observar una forma similar a la señal con modulación AM. es y siempre es positiva si 3 La salida del detector de envolvente es entonces - 19

20 Modulación por Pulsos Analógicos Utilizando el teorema de muestreo (Nyquist) se tiene que cualquier señal continua de banda limitada puede ser representada por una secuencia de muestras y que dicha señal continua puede ser reconstruida con un error despreciable si la razón de muestreo es lo suficientemente alta. La consideración de señales muestreadas nos introduce al tema de la modulación por pulsos. La modulación por pulsos puede ser: Analógica: variación de los atributos de un pulso de manera continua en una correspondencia uno a uno con el valor de las muestras de una señal de informaión. Digital: variación de los atributos de un pulso en donde estos pueden tomar solo ciertos valores de un conjunto de valores posibles. 20

21 En la modulación por pulsos analógicos existen fundamentalmente 3 atributos que puede ser variados en un pulso: Amplitud (PAM) Ancho (PWM) Posición (PPM) 21

22 22

23 1. Pulse-Amplitude Modulation (PAM): En la modulación por amplitud de pulso, la amplitud de cada pulso corresponde a un valor de la señal de información del pulso. La señal generada por la modulación PAM puede ser expresada como ;< >? ;< BDC F < E : 9 C = = 9 en el borde principal donde (representación alternativa de una señal discreta) ;< I : 9 = HG = es el periodo de muestreo. Esta expresión se obtiene al reemplazar la función = ;< 9 a la salida del sistema con respuesta al impulso? E B C > 23

24 24

25 = % < % = % = < 1. Pulse-Width Modulation (PWM): La modulación por ancho de pulso consiste en una secuencia de pulsos donde cada pulso tiene una anchura proporcional a los valores de la señal en los instantes de muestreo. Si una muestra de la señal de información toma el valor de cero, el ancho del pulso PWM es de Así, un ancho de pulso menor <. a corre- corresponde a valores de muestras negativos y un ancho de pulso mayor a sponde a valores de muestras positivos. La modulación PWM es raramente usada en los sistemas de comunicación modernos. PWM es más bien utilizada para el control de motores CD en donde la velocidad del motor es proporcional al ancho de los pulsos. 25

26 J 1. Pulse-Position Modulation (PPM) : La modulación por posición de pulsos consiste de una secuencia de pulsos en los cuales el desplazamiento de los pulsos con respecto a una referencia en tiempo es proporcional a las muestra de la señal de información. Una señal PPM puede ser expresada como 9 K J K : 9 donde representa la forma del pulso, y la ocurrencia de esta relacionada a los valores del mensaje de información en los instantes de muestreo. Ver más información en 26

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