Comunicaciones en Audio y Vídeo

(1)

1

Curso 2008/2009 DIAC – EUITT - UPM 1

Comunicaciones en Audio y

Vídeo

Tema 2: Comunicaciones analógicas

Tema 2: Clasificación modulaciones

PWM Ciclo de trabajo PPM Periodo PAM Amplitud Digital Analógica Portadora cuadrada PSK PM Fase FSK FM Frecuencia ASK AM Amplitud Digital Analógica Portadora sinusoide Moduladora Parámetro CODIF ICACIO NES

Tema 2: Modulaciones analógicas

2.1 Modulaciones de amplitud.

2.2 Modulaciones angulares.

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo.

Necesidad de FDM.

Adaptación al medio: f, atenuación, rendimiento, ruido (fc>>BW moduladora). Empeora la S/N.

A1x(t) MODULADOR y(t)

Ac·cos(ωct)

fc

Tema 2: Modulaciones amplitud: AM

PORTADORA

INFORMACIÓN: MODULADORA

MODULADA

(2)

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

DBL con portadora (AM básico)

Índice de modulación:

⌧ Detección envolvente: Ac+A1x(t)>0 (no sobremodulación)

(

)

cos(

)

(

1 (

)

cos(

)

(

t

A

₁

x

t

A

mx

t

y

=

c

+

ω

c

=

c

+

ω

c c

A

m

=

1 A1x(t) Ac·cos(ωct) y(t) BW BWAM=2·BWBB Mod fc

m > 1

m < 1

m = 1

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

DBL con portadora (AM básico)

(

)

cos(

)

(

1 (

)

cos(

)

(

t

A

₁

x

t

A

mx

t

y

=

c

+

ω

c

=

c

+

ω

c BLI BLS c rms c AM

m

x

P

A

P

=

(

1 +

)

=

+

2

2 2 2

Espectro:

BWAM= 2 BWBB

Potencia:

[

]

[

( ) ( )

]

2 ) ( ) ( 2 ) ( c c c c c c _f _f _f _f Am _X _f _f _X _f _f A f Y =

δ

− +

δ

+ + − + +

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

DBL

No detección de envolvente.

Menor potencia

)

cos(

)

(

)

(

t

A

₁

x

t

y

=

_c

ω

_c A1x(t) X fc y(t) BW BWDBL=2·BWBB fc BLI BLS rms c DBL

x

P

A

P

=

2

=

+

2 1 2

2 2.1 Modulaciones de amplitud: AM

BLU

No detección de envolvente. Menor potencia.

Menor BW.

BLI: inversión espectro.

[

(

)

cos(

)

ˆ

(

)

(

)

]

)

(

t

A

1

x

t

x

t

sen

t

y

=

c

ω

c

m

ω

c A1x(t) MODULADOR fc y(t) BW BWBLU=BWBB fc BLS rms c BLU

x

P

A

P

=

2

=

2 1 2

4

(3)

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

BLV

No detección de envolvente. Mayor potencia. Mayor BW. Filtro Nyquist.

[

(

)

cos(

)

(

)

(

)

]

)

(

t

A

1

i

t

q

t

sen

t

y

=

c

ω

c

−

ω

c A1x(t) MODULADOR fc y(t) BW BWBLV>BWBLU fc BLU BLV DBL

P

>

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

+ Portadora.

DBL+portadora: AM.

BLU+portadora y BLV+portadora.

⌧Mejor enganche en recepción (demodulación síncrona). ⌧Posibilitar la detección de envolvente con error.

Detección de envolvente.

2.1 Modulaciones de amplitud: AM

Detección síncrona o coherente.

Inyección de portadora para DBL, BLU, BLV: salvas. Conversión BLV a BLU con filtro de Nyquist.

Recuperador portadora moduladora cos(ωct) FP Bajo (BW= BB) modulada fc-BW/2 fc fc+BW/2 1 0.5

2.2 Modulaciones angulares - amplitud

Modulaciones QAM

Moduladora 1: A

₁

·x(t).

Moduladora 2: A

₂

·z(t).

Modulación en cuadratura (portadoras ortogonales).

BW

_QAM

=2·BW

_BB

(

) (

)

_⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

=

+

=

)

(

)

(

cos

)

(

)

(

)

(

)

(

)

cos(

)

(

)

(

1 2 2 2 2 1 2 1

t

x

A

t

z

A

arctg

t

z

A

t

x

A

t

sen

A

t

z

A

t

A

t

x

A

t

y

c c c c c c

ω

A1x(t) MODULADOR fc y(t) A2z(t) fc

(4)

2.2 Modulaciones angulares - amplitud

Modulaciones QAM

Demodulación síncrona con cos y sen.

Necesidad de enganche del oscilador: salvas.

Crominancia en PAL: U y V. A1x(to) A2z(to) Color U V

2.2 Modulaciones angulares

Mayor protección contra el ruido e interferencias. Mayor BW. Potencia constante. PORTADORA INFORMACIÓN: MODULADORA MODULADA FASE MODULADA FRECUENCIA

2.2 Modulaciones angulares

S. modulada:

Θ(t): fase instantánea dependiente de la moduladora

ωi: frecuencia instantánea Фi: fase inicial instantánea Potencia

( )

(

)

cos(

(

))

cos

t

A

t

A

c

θ

=

c

ω

c

+

φ

( )

c

(

i i

)

c

t

A

t

A

cos

θ

(

)

=

cos

ω

+

φ

t

i c i

∂

−

=

∂

+

=

∂

=

)

(

)

(

)

(

)

(

θ

φ

ω

θ

ω

2

2 c

A

P

=

2.2 Modulaciones angulares: PM

D

_p

: coef. Desviación de fase [rad/V]

Frecuencia instantánea

Demodulación por comparación de fases

(

)

cos

)

(

t

A

t

D

A

₁

x

t

y

=

c

ω

c

+

p

π

2 )

(

0 ≤

D

p

A

1

x

t

≤

t

x

A

D

p c i

_∂

∂

+

=

ω

1

(

)

ω

)

(

)

(

t

=

D

p

A

1

x

t

φ

(5)

2.2 Modulaciones angulares: FM

Df: coef. Desviación de frecuencia [Hz/V] Δfp: Desviación en frecuencia de pico

Como Luego p pp f p

A

D

f

=

Δ

=

Δ

1

·

2

· )

(

2 D

f

A

₁

x

t

c i

ω

π

ω

=

+

∫

∂

=

∂

+

=

t f c i

t

D

A

x

t

0 1

(

)

2 )

(

)

(

_φ

_π

φ

ω

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

₊

_∂

=

A

_c _c

t

D

_f

A

∫

t

x

t

y

0 1

(

)

2 cos

)

(

ω

π

2.2 Modulaciones angulares

Espectro

(

)

t

x

D

A

t

D

t

x

A

t

A

t

y

t f FM p PM c c

∂

=

+

=

∫

0 1 1

)

(

2 )

(

)

(

)

(

)

(

cos

)

(

π

φ

ω

)

(

2 )

(

1 1

t

x

A

D

t

x

A

D

f c FM i p c PM i

π

ω

+

=

∂

+

=

(

)

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

+

∂

=

+

Δ

=

m p PM m p FM

f

t

x

D

A

BW

f

BW

max 1

(

)

2

2 π

A1x(t) MOD fc y(t) BW fc Regla de Carlson fm= BWBB

2.2 Modulaciones angulares

Moduladores de fase:

Método directo: Derivador + VCO.

Método indirecto: Modulador PM-BE + cto. no lineal

Moduladores de frecuencia:

Método directo: VCO.

Método indirecto: Integrador + Modulador PM-BE +

cto. no lineal.

2.2 Modulaciones angulares

Demoduladores FM:

Demodulador por pendiente. Discriminador ideal aproximado. Discriminador Foster-Seeley: V=f(f).

Demodulador por detección en cuadratura. Demodulador PLL.

Demoduladores PM:

(6)

2.2 Modulaciones analógicas

Criterios de calidad

AM

DBL+portadora: ⌧Empeoramiento DBL, BLU, BLV:

⌧No hay mejoras

ANGULARES

FM ⌧Mejoras PM

⌧Mejoras

De-énfasis y pre-énfasis: mejoras de preacentuación p

2 2 1 2 2 1

1

_rms rms

x

A

x

A

N

C

N

S

+

=

N

C

N

S =

( )

2 3 2 3 rms m RF p x f BW f N C N S ₌ Δ

( )

2 2 rms m RF p

x

f

BW

N

C

N

S

Δ

φ

=

( )

3 2 3 m RF pp f BW f N C N S ₌ Δ Vídeo:

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

Bandas de frecuencia

Nº banda Símbolo Frecuencias USOS

4 VLF 3 - 30 kHz 5 LF 30 - 300 kHz 6 MF 300 - 3000 kHz 535 - 1605 kHz AM 7 HF 3 - 30 MHz 8 VHF 30 - 300 MHz Banda I 41 - 68 MHz Banda II 87.5 - 108 MHz Banda III 162 - 230 MHz Difusión TV terrestre FM Difusión TV terrestre 9 UHF 300 - 3000 MHz Banda IV 470 - 582 MHz Banda V 582 - 960 MHz Difusión TV terrestre Difusión TV terrestre Radioenlaces 10 SHF 3 - 30 GHz Banda VI 12 GHz Difusión satélites

Radioenlaces 11 EHF 30 - 300 GHz

12 300 - 3000 GHz

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

Señal comercial de audio

Radiodifusión

⌧AM analógico (MF Banda: 535 a 1605 kHz) ITU-R BS 640 • Mono: BW_BB= 4.5 kHz BW_AM= 9 kHz

⌧FM analógico (VHF Banda II: 87.5 a 108 MHz) ITU-R BS 450-3 • Separación cocanal: 300 kHz, FI: 10.7 MHz, Δf_p: 75 kHz • Mono: BWBB= 15 kHz BWFM= 180 kHz

• Estéreo: señales suplementarias de 53 – 76 kHz (RDS, SCA) – BWFM= 256 kHz 15 k _{38 k} DBL 19 k Piloto M S S

Radio Data Systems Subsidiary Communications Authorized

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

Otras señales de audio

Radiodifusión

⌧AM BLU analógico: canales marítimos, otros.

Grabación

⌧PWM: pistas de referencia de formato DASH ⌧PPM: láser disc recortando una FM

(7)

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

TV analógica

(ITU-R BS 470)

AM-BLV negativa con portadora:

BWRF= 7 MHz VHF Banda I: 41 - 68 MHz

Banda III: 162 - 230 MHz BWRF= 8 MHz UHF Banda IV: 470 – 582 MHz Banda V: 582 – 960 MHz

Vídeo: PAL

⌧Luminancia en BB. ⌧Crominancia QAM.

Audio:

⌧1ª portadora FM, Δfp= 50 kHz, Mono BWBB= 15 kHz ⌧2ª portadora NICAM, digital estéreo o dual (QPSK)

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

TV analógica

Cod.

R

B

G

QAM

Y

V

U

_Sum.

C

PAL

_BLV-AM

Modulaciones en TV

5-6

f(MHz)

_1.3

₅

f(MHz)

FM

RF

AUDIO

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

TV analógica

5

f(MHz)

₅

f(MHz)

4.43 +5

f(MHz)

-1.25

_+5.5

f

c

Canal TV: 7 MHz (VHF) - 8 MHz (UHF)

-0.75

2.3 Aplicaciones en audio y vídeo

TV analógica

Radioenlaces contribución

FM con Δf

_pp

= 8 MHz, BW

_RF

= 27 MHz

⌧Vídeo 6 MHz + 4 portadoras audio FM

Difusión satélites

FM con BW

RF

= 27-36 MHz, Banda VI a 12 GHz

PM

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Curso 2008/2009 DIAC – EUITT - UPM 29 Determine el diagrama de bloques del sistema de modulación para la transmisión

de ondas FM estereofónicas. Las señales de entrada l(t) y r(t) representan señales de audio de los lados izquierdo y derecho, respectivamente. Estas señales se suman y restan para generar l(t) + r(t) y l(t) - r(t). La señal de la diferencia se utiliza para generar una onda DBL con una frecuencia portadora de 38 kHz. Esta portadora se deriva al aplicar una portadora piloto de frecuencia de 19 kHz a un doblador de frecuencia. La onda DBL, la señal de suma l(t) + r(t) y la portadora piloto se suman para producir una señal compuesta x(t). La portadora piloto se transmite con el propósito de sincronización en el receptor. La señal compuesta x(t) se utiliza para modular en frecuencia una onda portadora de frecuencia fcy se transmite la onda FM resultante.

a) Dibuje el espectro de amplitud de la señal compuesta x(t), suponiendo que las señales de entrada l(t) y r(t) tienen los espectros que se muestra y que fm= 15

kHz.

b) Suponiendo una desviación de frecuencia de 75 kHz, determine el ancho de banda de transmisión de la onda FM.

c) Construya el diagrama de bloques de un receptor que recupere las señales de audio izquierda y derecha de la onda FM entrante.