Modulación de Amplitud En este tipo de modulación, la amplitud de la portadora varía según la señal de información, de modo que la información de amplitud y frecuencia de ésta se “montan” sobre la portadora haciendo que su envolvente varíe de acuerdo a la señal moduladora o de información. Los diversos esquemas de modulación de amplitud se designan también como de envolvente variable y comprenden los siguientes:
AM con portadora completa y dos bandas laterales o AM completa AM con dos bandas laterales y portadora suprimida (AM-DSB-SC) AM con dos bandas laterales y vestigio o piloto de portadora. Banda lateral única (BLU o SSB) sin portadora. Banda lateral única con piloto de portadora. AM con vestigio de banda lateral o AM con banda lateral vestigial (AMVSB) AM con doble banda lateral y portadora completa (AM completa)
Históricamente, éste fue el primer método de modulación utilizado en los inicios de la radio, a principios del siglo XX y continúa utilizándose extensamente en todo el mundo, principalmente para servicios de radiodifusión sonora en las bandas de ondas medias (540 a 1600 KHz) y de ondas cortas (2 a 30 MHz). A pesar de ser un sistema de modulación poco eficiente, tanto desde el punto de vista espectral como de consumo de energía en el transmisor, una razón para seguir empleándolo es la simplicidad del receptor, lo que permite la fabricación de receptores sencillos y de bajo costo, al alcance de las personas de pocos recursos. La señal de amplitud modulada completa suele expresarse en la forma siguiente:
En la figura 5.1 se muestran conjuntamente la portadora sin modulación, la señal moduladora y la señal modulada al 50%, es decir con un valor de m = 1.
En ella, Vc representa el voltaje de pico de la portadora y m, designado como índice de modulación, está dado por m = Vm /Vc, donde Vm es el voltaje instantáneo de pico de la señal moduladora. El índice de modulación, m, puede tomar valores entre 0 y 1. El primero corresponde a la ausencia de modulación, en tanto que m = 1 corresponde al máximo nivel (100%) permisible de modulación.
Potencia en AM completa La contribución de cada una de las componentes de la señal modulada a su potencia total, es proporcional al cuadrado del voltaje la potencia total puede expresarse como:
De acuerdo a esto, si la potencia útil de señal es la contenida en una cualquiera de las dos bandas laterales, m2Pc/4 y la potencia total es PAM, se puede hablar de una eficiencia de modulación como la relación entre la potencia útil de señal y la potencia total de la señal modulada:
Relaciones de voltaje y corriente en AM completa El voltaje, ya sea pico o efectivo, de una señal modulada en amplitud está relacionado con la potencia por:
Donde R es la resistencia de carga a la que se entrega la potencia, por ejemplo una antena. De igual manera, la relación entre el voltaje y la potencia de la portadora es:
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Ancho de banda de la señal de AM completa La modulación de AM completa da lugar a dos bandas laterales, cada una con un ancho de fmax Hz, por lo que el ancho de banda total de la señal modulada es:
Modulación en banda lateral única (BLU o SSB) Este método de modulación es utilizado extensamente en los sistemas de comunicaciones y es el método de modulación más eficiente de modulación de amplitud, tanto desde el punto de vista espectral como de potencia. En principio, la potencia máxima necesaria para transmitir en banda lateral es sólo del 16% de la requerida para transmitir con modulación de AM completa. A diferencia de las señales de AM con doble banda lateral, con o sin portadora, la señal de banda lateral única es de frecuencia variable con la frecuencia de la señal moduladora y su amplitud es proporcional a la de ésta. El hecho de que la frecuencia de la señal modulada en BLU sea variable no debe confundirse con la modulación de frecuencia, que es totalmente diferente. En BLU no puede hablar se una “envolvente” en el mismo sentido que en AM completa en que la envolvente contiene tanto la información de amplitud como de frecuencia de la señal moduladora. En BLU la amplitud es, efectivamente, proporcional a la de la señal moduladora, pero la frecuencia instantánea es igual a la diferencia entre la frecuencia instantá- nea de la señal modulada y la frecuencia nominal de la portadora sin modulación. De manera similar a lo mencionado para la modulación con doble banda lateral y portadora, o bien suprimida, o con piloto de ésta, en BLU también se pueden tener estas dos variantes. El problema principal, puede decirse que no es de la supresión de la portadora ya que, como se vio, un modulador balanceado (mezclador), produce una señal de salida sin portadora. El problema más importante es la supresión de una de las dos bandas laterales, para lo cual es necesario utilizar filtros especiales de corte muy abrupto que, en general, no pueden implementarse como filtros LC. La expresión para la señal de doble banda lateral, sin portadora, a la salida del mezclador, puede escribirse como:
El filtro de banda lateral elimina por completo una de las bandas, de modo que la señal correspondiente a la banda lateral superior estará dada por:
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Podemos calcular la potencia de la señal modulada DBL a partir de su expresión temporal calculando la esperanza de ésta al cuadrado.
AM con dos bandas laterales y portadora suprimida (AM-DSB-SC) La señal modulada ocupa el doble del ancho de banda que la señal en banda base. Esto es, en cierta forma, un desperdicio del ancho de banda que puede eliminarse o bien transmitiendo solamente una de las bandas laterales, o bien transmitiendo dos señales diferentes, con el mismo ancho de banda base, empleando dos portadoras de la misma frecuencia, pero en cuadratura de fase, es decir defasadas entre sí 90º. La salida del mezclador está dada por:
Los dos últimos términos desaparecen después del filtrado de la señal a paso bajo, dejando la salida deseada, m1(t). Puede hacerse un análisis similar para m2(t). Este sistema de modulación se conoce como modulación en cuadratura de fase o multiplexado en cuadratura y se designa habitualmente como QAM. Por consecuencia, es posible transmitir dos señales del mismo ancho de banda base B, por un canal de ancho de banda 2B, como una señal de doble banda lateral, sin portadora, multiplexada o modulada en cuadratura. El canal superior se designa como canal en fase y el inferior, como en cuadratura. Este tipo de modulación encuentra numerosas aplicaciones en comunicaciones, tanto analógicas como digitales. La modulación en cuadratura, de manera semejante a todos los esquemas de modulación con portadora suprimida, impone requisitos muy severos en lo que respecta a la reinserción de la portadora local en el receptor. Un pequeño error en la fase o la frecuencia de la portadora reinsertada en el detector no sólo resulta en distorsión o pérdida de la señal, sino también en interferencia entre canales.
AM con vestigio de banda lateral o AM con banda lateral vestigial (AMVSB) Este tipo de modulación abreviado como AM-VSB puede considerarse como intermedio entre la modulación de AM completa y la de banda lateral única. Se emplea únicamente en la transmisión analógica de televisión terrestre y por cable y en transmisión digital de televisión en el sistema estadounidense, en que se designa como 8-VSB. La configuración espectral de la respuesta en frecuencia de un sistema de AM-VSB se ilustra en la figura 5.25, para una señal en el estándard estadounidense (NTSC), que ocupa un canal de RF de 6 MHz en total, incluyendo a la señal de audio asociado. [Escriba texto]
Transmitiendo una porción de la banda lateral inferior, con un ancho de banda de 1.25 MHz, se garantiza que las frecuencias más bajas de la señal de imagen en la banda lateral superior no se verán distorsionadas en amplitud ni fase por el filtro de banda lateral vestigial. Esto permite un ahorro espectral de 3 MHz respecto a un sistema que transmitiera en AM completa. RESUMEN Tomando en cuenta las ecuaciones que se presento en el documento, cabe recalcar ciertas carasteristicas de cada tipo de AM La AM completa a pesar de ser un sistema de modulación poco eficiente, tanto desde el punto de vista espectral como de consumo de energía en el transmisor, una razón para seguir empleándolo es la simplicidad del receptor, lo que permite la fabricación de receptores sencillos y de bajo costo, al alcance de las personas de pocos recursos BLU es utilizado extensamente en los sistemas de comunicaciones y es el método de modulación más eficiente de modulación de amplitud, tanto desde el punto de vista espectral como de potencia. El hecho de que la frecuencia de la señal modulada en BLU sea variable no debe confundirse con la modulación de frecuencia, que es totalmente diferente. En BLU no puede hablarse una “envolvente” en el mismo sentido que en AM completa en que la envolvente contiene tanto la información de amplitud como de frecuencia de la señal moduladora En AM DSB SC la señal modulada ocupa el doble del ancho de banda que la señal en banda base. Esto es, en cierta forma, un desperdicio del ancho de banda que puede eliminarse o bien transmitiendo solamente una de las bandas laterales, o bien transmitiendo dos señales diferentes AM-VSB puede considerarse como intermedio entre la modulación de AM completa y la de banda lateral única. Se emplea únicamente en la transmisión analógica de televisión terrestre y por cable y en transmisión digital de televisión en el sistema estadounidense Bibliografía:
http://personales.unican.es/perezvr/pdf/CH5ST_Web.pdf http://www.profesores.frc.utn.edu.ar/electronica/ElectronicaAplicadaIII/Aplicada/Ca p05SSB.pdf .
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