TECNICAS DE MODULACION

MODULACION Proceso de transformar informacion de su forma original a una forma mas adecuada para su transmision. Demodulacion es el proceso inverso.

La modulacion se realiza en el transmisor del circuito llamado modulador, la demodulacion se realiza en el receptor del circuito llamado demodulador.

MODULACION EN AMPLITUD Es el preoceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo a la amplitud de la señal modulante (informacion). Con la modulacion en amplitud, la informaicon se imprime sobre la portadora en forma de cambios de amplitud

La modulacion de amplitud se utiliza en la radiodifusion de señales de audio y video. La banda de radiodifusion abarca de 535 a 1605 Khz. La modulacion de amplitud tambien se utliza para las comunicaciones de radio movil, como una banda civil CB.

Un modulador AM es un aparato no lienal con dos señales de informacion de entrada: una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia sencilla y la señal de informacion. La informacion modula la portadora, debido a esto se llama señal modulante, la resultante se llama onda modulada o señal modulada.

Ejemplo Para un modulador de AM DSBFC con una frecuencia portadora fc= 100khz y una frecuencia maxima de la señal modulante f m(max) = 5 khz , determine: a) Limites de frecuencia en las bandas lateral superior e inferior b)Ancho de banda c) Frecuencias laterales superior e inferior producidas cuando la señal modulante es un tono de 3 Khz de frecuencia simple d) Dibujar frecuencia de salida

a) Banda lateral inferior LSB=[fc – fm(max) ] a fc = (100-5) =95khz a 100 khz Banda lateral superior USB= fc a =[fc + fm(max) ] = (100 + 5) = 100kz a 105khz

b) Ancho de banda B= 2 fm(max) =2(5) = 10 khz c) La frecuencia lateral superior fusf = fc + fm = 100 + 3 = 103khz La frecuencia lateral inferior flsf = fc - fm = 100-3 = 97khz

d) El espectro de frecuencia de salida

Coeficiente de modulacion y porcentaje de modulacion El coeficiente de modulacion es un termino utilizado para describir la cantidad de cambio de amplitud (modulacion)presente en una forma de onda AM. m = el coeficiente de modulacion Em = cambio de pico en amplituddel voltaje de la forma de onda de salida Ec = amplitud del voltaje de la portadora no modulada

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Analisis de AM en el dominio del tiempo Frecuencia laterial superior Frecuencia laterial inferior

Distribucion de la potencia de AM Pc = potencia de la portadora Ec = Voltaje pico de la portadora R= Resistencia de carga Pusb = Potencia de bandas laterales Pt = Potencia total

FRECUENCIA MODULADA La modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla

Una de sus ventajas respecto a la AM es que a la FM apenas le afectan las interferencias y descargas estáticas. Sus características principales son su modulación y propagación por ondas directas como consecuencia de su ubicación en la banda de frecuencia de VHF

La modulación en frecuencia consiste en variar la frecuencia de la portadora proporcionalmente a la frecuencia de la onda moduladora (información), permaneciendo constante su amplitud Lo que genera un incremento en las bandas laterales y por lo tanto un canal mas ancho de FM, obteniendo mayor calidad de reproducción e inmunidad a las interferencias electicas

CONVERSION ANALOGICA DIGITAL El término ANALÓGICO en la industria de las telecomunicaciones y el cómputo siginica todo aquel proceso entrada/salida cuyos valores son continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.

El témino DIGITAL de la misma manera involucra valos de entrada/salida discretos. Algo discreto es algo que puede tomar valores fijos. El el caso de las comunicaciones digitales y el cómputo, esos valores son el CERO (0) o el UNO (1)

La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos: Muestreo Cuantización Codificación

Muestreo Toda la tecnología digital (e.g. audio, video) está basado en la técnica de muestreo . En música, cuando una grabadora digital toma una muestra, básicamente toma una fotografía fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y procesados. Comparado con la grabación analógica, la cual está basada en registros de voltaje como patrones de magnetización en las partículas de óxido de la cinta magnetica. El muestreo digital convierte el voltaje en números (0s y 1s) los cuales pueden ser fácilmente representados y vueltos nuevamente a su forma original.

La razón de muestreo determina el rango de frecuencias [ANCHO DE BANDA] de un sistema. A mayores razones de muestreo, habrá más calidad o precisión.

Cuantización: Es el proceso de convertir valores continuos [ voltajes] en series de valores discretos. Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una señal, la cuatización es el componente amplitud de el muestreo

Codificación La codificación es la representación númerica de la cuantización utilizando códigos ya establecidos y estándares. el código más utilizado es el código binario, pero también existen otros tipos de códigos que son empleados. A continuación se presenta una tabla donde se representan los números del 0 al 7 con su respectivo código binario. Como se ve, con 3 bits, podemos representar ocho estados o niveles de cuantización.

Número Código binario 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110

Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon El teorema de muestreo de Nyquist-Shannon es un teorema fundamental de la teoría de la información, especialmente útil en las telecomunicaciones, también se le conoce como teorema de muestreo de Whittaker-Nyquist-Kotelnikov- Shannon, o simplemente criterio de Nyquist.            Este teorema fue formulado en forma de conjetura por primera vez por Harry Nyquist en 1928, y fue probado formalmente por Claude E. Shannon en 1949            El teorema afirma que cuando se muestrea una señal, la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada, para poder reconstruir la señal original a partir de las muestras.

MODULACION BANDA BASE El término banda base se refiere a la banda de frecuencias producida por un transductor, tal como un micrófono, un manipulador telegráfico u otro dispositivo generador de señales, antes de sufrir modulación alguna. Banda base es la señal de una sola transmisión en un canal, banda ancha significa que lleva más de una señal y cada una de ellas se transmite en diferentes canales, hasta su número máximo de canal

En los sistemas de transmisión, la banda base es generalmente utilizada para modular una portadora. Durante el proceso de demodulación se reconstruye la señal banda base original. Por ello, la banda base describe el estado de la señal antes de la modulación y de la multiplexación y después de la demultiplexación y demodulación.

Multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor Demultiplexación es la recuperación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado demultiplexor

Modulación Banda Base Conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, es decir son señales que son transmitidas en su frecuencia original. Dichas señales se pueden codificar y ello da lugar a los códigos de banda base. Las señales empleadas en banda base se pueden clasificar de la siguiente forma:

Los datos se codifican para solucionar los siguientes aspectos inherentes a la banda base:

NRZ Se pueden utilizan los código NonRetourn to Zero Level (NRZ-L), de los cuales los más empleados son el unipolar y el bipolar.  

BIPOLAR

Código HDB3 En el mismo un 1 se representa con polaridad alternada mientras que un 0 toma el valor 0. Este tipo de señal no tiene componente continua ni de bajas frecuencias pero presenta el inconveniente que cuando aparece una larga cadena de ceros se puede perder el sincronismo al no poder distinguir un bit de los adyacentes.

Para evitar esta situación este código establece que en las cadenas de 4 bits se reemplace el cuarto 0 por un bit denominado bit de violación el cual tiene el valor de un 1 lógico. En las siguientes violaciones, cadenas de cuatro ceros, se reemplaza por una nueva secuencia en la cual hay dos posibilidades 000V R00V Donde V es el bit de violación y R es un bit denominado bit de relleno.

Para decidir cual de las dos secuencias se debe utilizar se deben contar la cantidad de unos existentes entre la última violación y la actual. Si la cantidad es par se emplea la secuencia R00V y si es impar la secuencia 000V. El primer pulso de violación lleva la misma polaridad del último 1 transmitido de forma de poder detectar que se trata de un bit de violación. En la combinación R00V el bit de violación y el de relleno poseen la misma polaridad.

B8ZS (Bipolar 8-Zero Substitution) B8ZS: la sustitución bipolar de 8 ceros, también llamada la sustitución binaria de 8 ceros, el canal claro, y 64 claros.

Generalmente, cuando sucesivos "unos" son transmitidos, uno tiene un voltaje positivo y el otro tiene un voltaje negativo. Es decir, cuando aparecen 8 "ceros" consecutivos, se introducen cambios artificiales en el patrón basados en la polaridad del último bit 'uno' codificado: V: Violación, mantiene la polaridad anterior en la secuencia. B: Transición, invierte la polaridad anterior en la secuencia. Los ocho ceros se sustituyen por la secuencia: 000V B0VB B8ZS está basado en el antiguo método de codificación llamado Alternate Mark Inversion ( AMI).

TECNICAS DE MODULACION

Modulación es el proceso de variar una característica de una portadora de acuerdo con una señal que transporta información. El proposito es sobreponer señales en las ondas portadoras.

Métodos básicos Modulación de amplitud – AM Modulación de la frecuencia – FM Modulación de la Fase – PM

La portadora es una onda electica combinada con la señal de información y que se transporta por el canal de comunicaciones

Tres aspectos de la onda basica se pueden modular Amplitud Frecuencia Fase

MODULACION ASK Es una modulación de amplitud donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora.

La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas, en los transmisores con LED, la expresión de la señal modulada sigue siendo válida. Es decir, un elemento de señal se representa mediante un pulso de luz, mientras que el otro se representa mediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienen normalmente un valor de desplazamiento, "bias", que hace que el dispositivo emita una señal de alta intensidad para representar un elemento y una señal de menor amplitud para representar al otro.

FSK - Desplazamiento de frecuencia FSK (Frequency-shift keying), es una modulación de frecuencia donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2) próximas a la frecuencia de la señal portadora fp. Generalmente f1 y f2 corresponden a desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos de la frecuencia de la señal portadora.

PSK - Desplazamiento de fase PSK (Phase-shift keying), es una modulación de fase donde la señal moduladora (datos) es digital. Existen dos alternativas de modulación PSK: PSK convencional, donde se tienen en cuenta los desplazamientos de fase y PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones.

Modulación MPSK (Multi-PSK) En este sistema la fase de la señal portadora puede tomar secuencialmente N valores posibles separados entre sí por un ángulo

Este es un caso de transmisión multinivel, donde la portadora tomará los N valores posibles de acuerdo a los niveles de amplitud de la señal moduladora. Dado que la cadencia de una transmisión de datos binarios está dada por la cantidad de veces que una señal cambia de nivel, observaremos como podemos enviar dos unidades de información (dos bits), mediante un solo cambo de nivel.

Si a los bits de la cadena de información los tomamos de a dos, tendremos 10 | 11 | 01 | 00 | 10 | 01

O sea que al tomar los bits de a dos de una señal binaria unipolar, hay solo cuatro combinaciones a la cuales se las denomina dibits. 00 01 10 11

Si a cada par de bits, le asignamos diferentes niveles o amplitudes de señal, se obtiene la siguiente tabla Dibit Nivel Asignado 00 0 01 1 10 2 11 3

Los cuales se pueden representar de la siguiente manera

MODULACION QAM La modulación de amplitud de la cuadratura es un sistema de la modulación en el cual los datos son transferidos modulando la amplitud de dos ondas de portador separadas, sobre todo sinusoidal, que son fuera de fase por 90 grados (seno y coseno).

Debido a su diferencia de fase, se llaman los portadores de la cuadratura, osease la modulación de amplitud de la cuadratura es la combinación de afinar de la modulación de amplitud y de desplazamiento de fase. Es una modulación digital avanzada, en la que su eficiencia se utiliza para la transmisión de datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido.

Se asocian gran cantidad de aplicaciones a ella: • Modems superiores a 2400 bps. • Multitud de sistemas de transmisión de televisión, microondas, satélite, etc. • En la modulación TCM Modems ADSL

Modulacion con subcanales Velocidad de datos por subcanal Velocidad de datos total BPSK 125 6 187.5 9 QPSK 250 12 375 18 16 QAM 500 24 16QAM 750 36 64QAM 1.000 48 1.125 54