Comunicaciones Análogas Facultad de Ingenierías Programa Progr ama de Ingeniería Electrónica
Ing. Erika Sarria Navarro, Esp.
¿Por qué modular?
Todo comienza comie nza con la transmisión transmisió n de radio!!! LA TRANSMISIÓN POR RADIO Descripción La
transmisión por radio se usa para transmitir señales
de voz, video video o datos, cuando las distancias son grandes, o cablear cablear es caro, o por razones razones de movilidad. movilidad. En
esta transmisión, transmisión, las señales señales viajan viajan a través del aire como ondas de radio, pero necesitan mecanismos de transmisión transmisión y recepción, recepción, entre entre ellos las antenas. teoría teoría de las las antenas establece que si los extremos de una línea de transmisión se doblan en 90º, se obtiene una antena dipolo que posibilita la radiación de la onda. La radiación será óptima si la longitud de la antena es /2 en la frecuencia de operación. La
Ejemplo:
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¿Qué sucedería si una señal de voz se transmitiera transmitiera en sus frecuencias originales, es decir en su banda base de 300 a 3.400 Hz?
a) ¿Qu ¿Qué é lon longit gitud ud ten tendrí dría a la la ant antena ena? ? b) ¿Se podrían podrían tr transmi ansmitir tir varias varias señale señaless de voz voz al mismo mismo tiempo tiempo? ?
Amplitud lineal
BB de Voz 0-4 Khz BB de Audio 0-20Khz BB Canal de TV 0-6Mhz
Amplitud en dB
Respuesta.a) ¿Qu ¿Qué é lon longit gitud ud ten tendrí dría a la la ant antena? ena? Para un tono de 3KHz, = 100 km, por tanto = λ /2 = 50km
La solución es elevar la frecuencia de transmisión a la banda de Radiofrecuencia para disminuir el tamaño de las antenas a valores prácticos (modulación) A la señal de información se le conoce con el nombre de señal en banda base, por tener el espectro o banda de frecuencia original de la información.
b) ¿Se podrían podrían tr transmi ansmitir tir varias varias señale señaless de voz voz al mismo mismo tiempo tiempo? ? No, porque al ocupar los mismos rangos de frecuencias, se producirían interferencias entre ellas. La solución es asignarle a cada fuente de información información (emisora) un espectro o banda de frecuencia frecuencia diferente diferente (multiplexaci (multiplexación ón FDM).
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La modulación es la alteración sistemática de una forma de onda, conocida como portadora,, de acuerdo a las características de otra forma de onda, señal moduladora o portadora mensaje •
Consiste en hacer variar algún parámetro de la señal portadora portadora de alta frecuencia frecuencia en función de la señal de información. f c (t ) Ac cos( ct c )
La transmisión por radio solo permite la propagación de portadoras analógicas.
La señal de banda base se conoce como onda moduladora y el resultado del proceso de modulación de denomina onda modulada.
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Con la modulación se han resuelto algunos de los más importantes importantes que plantea la comunicación eléctrica:
La radiación eficiente
La transmisión múltiple
Combatir el ruido
Empleo eficiente del espectro de frecuencias
Superar las limitaciones del equipo
Una señal representando la información se puede “mezclar” a una señal de RF, radiarse a través t ravés de una antena, recibirse por otra antena, y luego ser separada para permitir la recuperación de la información.
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Una forma común de portadora es una onda senoidal en cuyo caso hablamos de un proceso de modulación de onda continua.
() = sen 2 +
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El subíndice “c” hace referencia al termino inglés “carrier” que en este contexto significa “portadora”.
() = amplitud instantánea, en V. = amplitud pico, en V. = frecuencia portadora, en Hz. fase,, en rad rad.. = fase
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Esta señal portadora portadora se puede hacer variar en cualquiera de los siguientes parámetros: •
Amplitud (modulación de amplitud),
•
Frecuencia Frecuencia (modulación en frecuencia) y
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Fase (modulación en fase). El tipo de modulación modulación depende de la señal moduladora moduladora a transmitir, transmitir, la cual puede ser: Analógica Analógica (voz y video) video) Digital (voz y video digitalizados digitalizados y datos de PC).
S (t ) Señal
S t
f c (t ) Ac cos( ct c ) Portadora
MODULADOR
m (t )
f c (t )
Modulación en amplitud: •
La amplitud de una portadora se varia de acuerdo con una señal de mensaje entrante.
m(t ) Ac [1 k a S (t )] cos( c t c ) Modulación angular: •
En la cual la frecuencia o la fase instantánea de la portadora se varia de acuerdo con la señal de mensaje
m(t ) Ac cos( c t ( c k p S (t ))) )) ) PM m(t ) A cos
t k f
S (t )dt
FM
Ejemplo: •
información
Suponga que la señal de información información es:
f (t ) V cos t 2 cos( 2 1000t )
y la seña eñal de portadora es: es:
portadora
f c (t ) V c cos c t c 6 cos( 2 20000t ) Se toma una frecuencia de 20kHz en la portadora para poder mostrar, de mejor manera y por medio de gráficas, el proceso de modulación. modulada
Modulación en amplitud (AM): •
Consiste en modificar la amplitud de la señal portadora con la señal de información:
m AM (t ) 6 2 cos(2 1000t ) * cos(2 20000t )
Modulación en frecuencia (FM): •
•
información
Consiste en modificar la frecuencia de la señal portadora portadora en función de la señal de información: i c k f f (t ) Y como:
portadora
i d
dt
(t ) c t k f f (t )dt o •
donde kf es la constante del sistema. sis tema. Luego, para los datos del ejemplo la señal modulada en frecuencia es:
mFM (t ) A cos ct k f f (t )dt o
mFM (t ) 6 cos 2 20000t k f sen(2 1000t )
modulada
Modulación en fase (PM): •
información
Consiste en modificar modificar la fase de la señal portadora portadora en función de la señal de información:
(t ) ct c k p f (t ) portadora •
donde kp es la constante del sistema. Luego, para los datos del ejemplo la señal modulada en fase es:
mPM (t ) A cos c t c k p f (t ) modulada
mPM (t ) 6 cos 2 20000t k p 2 cos(2 1000t ) •
Aunque se observa una gran similitud con FM ya que la amplitud permanece constante y la frecuencia varía, no son iguales. (FM y PM están es tán íntimamente relacionadas).
Cuando una señal análoga a náloga aplicada modula una portadora, el resultado se denomina comúnmente en las transmisiones de radio y “Modulación Análoga” . Estas técnicas se uti lizan comúnmente televisión pública abierta.
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AM
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FM
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PM
Cuando una señal digital aplicada modula una portadora, el resultado resultado se denomina comúnmente en las la s transmisiones de voz y “Modulación Digital” . Estas técnicas se utilizan comúnmente video digitalizados y datos de computador.
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ASK
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FSK
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PSK
TRANSMISOR DE RADIO Descripción Es el dispositivo electrónico que acepta la señal de información y la convierte en una señal de radiofrecuencias capaz de transmitirse a grandes distancias. A pesar de la variación en la potencia de salida, apariencia física y tipo de modulación, los transmisores tienen una sola configuración y deben cumplir 4 requerimi requerimientos entos básicos.
2. Mo Modu dula lan n
3. Am Ampli plific fican an
Modulan
Amplifican
la potencia para la distancia deseada.
1. Ge Gene nera ran n
4. Ac Acopl oplan an
Generan
Acoplan
la portadora de alta frecuencia.
línea y antena para máxima máxima radiación radiación de potencia. potencia.
El transmisor de un celular genera unos pocos mW. El
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Amplificadores
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‒ Incrementan la magnitud de la señal
•
Atenuadores
‒ Combinan señales, moduladores, moduladores, Trasladar en frecuencia
•
‒ Decremen Decrementan tan la magnitud magnitud de la señal (aislamiento)
Filtros ‒ Cambian la respuesta en frecuencia del sistema, limitan en banda, bloquean interferencias, ajuste de impedancias
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Antenas
Osciladores ‒ Producen señales (portadoras)
• •
Mezcladores
Línea de transmisión ‒ Conectan componentes y limitan las señales parásitas de la tarjeta y la alteración de las señales asociadas
El transductor transforma la información de entrada en señal eléctrica.
La señal se amplifica y se hace pasar por un filtro que limite el ancho de banda.
El oscilador de RF establece la frecuencia de portadora o algún submúltiplo de ella.
El amplificador de RF aumenta el nivel de potencia de la señal proveniente del oscilador hasta que se logre el requerido para excitar al modulador.
El modulador combina las componentes de frecuencia de la señal y de la portadora para producir una onda modulada.
Después de modulada la señal se amplifica nuevamente para lograr el nivel de potencia requerido a la entrada de la antena transmisora.
La antena transmisora convierte la energía de RF en una onda electromagnética con la polarización deseada.
El canal es el medio físico de enlace entre el transmisor y el receptor.
En la transmisión se introduce ruido e interferencia.
En la antena receptora se induce un pequeño voltaje proveniente de la onda que se propaga desde el transmisor.
El amplificador de RF aumenta el nivel de potencia de la señal hasta alcanzar el nivel necesario para excitar al mezclador y aísla al oscilador local de la antena.
El oscilador local se sintoniza para producir una frecuencia: f LO = f RF ± f IF .
En donde: f LO LO:: Fr Frec ecue uenc ncia ia de dell os osci cila lado dorr lo loca cal. l. f RF : Frecuencia de la señal de radio. f IF : Fr Frec ecue uenc ncia ia in inter term med edia ia..
La modulación de la portadora recibida se transforma también a la frecuencia intermedia.
El mezclador desplaza la señal recibida en f RF a la frecuencia intermedia f IF.
El amplificador de FI aumenta la señal al nivel de potencia requerido para la detección
El detector recupera la señal original a partir de la entrada de FI modulada.
El amplificador aumenta el nivel de potencia de la salida del detector hasta un nivel adecuado para excitar al transductor.
El transductor convierte la información de señal a su forma original.
