Amplitud Modulada
Las personas inteligentes tienen un derecho sobre las ignorantes, …
Ralph Waldo Emerson
el derecho a instruirlas
Fundamentos de amplitud modulada
Si combinamos, de forma lineal, dos ondas senoidales de diferentes
frecuencias, como si fuesen una señal inteligente y una portadora, el
resultado sería apenas una suma
algebraica de sus amplitudes como se
muestra a seguir.
Adición lineal de dos ondas
senoidales
Consideraciones
La señal resultante de la suma lineal no es apta para transmisión.
Si se transmitiera, el receptor solo
detectaría la señal de la portadora, ya que la señal de baja frecuencia no
puede propagarse eficientemente
como onda de radio.
El método
La forma usada para combinar la señal
inteligente con la señal de la portadora es usar un dispositivo no lineal.
La combinación de ambas señales en un dispositivo no lineal producirán:
› Un nivel dc
› Componentes de cada uno de las dos frecuencias originales
› Componentes debidas a la suma y la diferencia de las frecuencias originales
› Armónicas de las dos frecuencias originales
¿Que caracteristica estoy tratando?
La Amplitud, por lo tanto lo que espero como resultado es:
› Un cambio en su amplitud mas no en la frecuencia
› Por lo que puedo tener 3 posibles casos
AAF > ARF
AAF = ARF
AAF < ARF
Modulación AM
En base a lo visto anteriormente, se puede concluir que tanto la parte
superior como la parte inferior de la
envoltura de una forma de onda AM es una réplica de la amplitud y de la
frecuencia de la señal inteligente
Nota que hay una alteración en la fase
de 180°
Resultado
Como resultado de la combinación no lineal se obtiene lo visto en la
diapositiva anterior
Las componente de frecuencia obtenidas son:
› (fc – fi) es llamada de lower-side frecuency
› fc es llamada carrier frecuency (frecuencia de portadora)
› (fc + fi) es llamada de upper-side frecuency
Consideraciones
La envoltura (envolvente) resulta de una
combinación no lineal de la portadora con dos señales de menor nivel de amplitud y
espaciados igualmente en frecuencia de ambos lados de la portadora
Lo que se muestra hasta aquí es una
modulación de la portadora con una señal inteligente puramente senoidal, pero en la
mayoría de los sistemas, la señal inteligente es una forma de onda más compleja que contiene múltiples componentes de frecuencias.
Las amplitudes
Como relaciono esas amplitudes
La relacion entre el valor de cresta N de AF y el valor medio de de RF ya modulada H, se denomina
profundidad de modulacion m
Entonces…
Índice de modulación
Porcentaje de modulación
c m
A m A
min max
min
max )
( mod 100
% A A
A A
Ejemplo:
Para la figura, determinar:
a) Amplitud máxima de las frecuencias de lado superior e inferior
b) Amplitud máxima de la portadora no modulada c) Cambio máximo de
amplitud de la envolvente d) Coeficiente de modulación e) Porcentaje de modulación
Considera que en la figura Em es Ei
Sobremodulación
La sobremodulación sucede cuando una señal
inteligente excede la señal modulada lo que producirá un porcentaje de modulación mayor al 100%.
Efectos de la
sobremodulación
La brecha producida por la
sobremodulación se denomina sideband
splatter, este efecto resulta en latransmisión de frecuencias fuera del ancho de banda normal separado para
esa radio (ancho de banda excesivo), esta es una condición inaceptable y cusa
interferencias severas en otras
estaciones.
No debo de olvidar las
diferencia de frecuencias
Que pasara con las frecuencias?
Técnicas AM
Sin embargo, no hay una única forma de realizar modulación en amplitud,
sino que existen varias técnicas, siendo las principales las que se describen a
continuación:
Doble Banda
AM-DSB-LC
· Se transmite onda modulada más portadora no modulada.
· La portadora genera un nivel DC que permite recuperar la información mediante un detector de envolvente.
· Es la técnica utilizada en la radiodifusión AM comercial.
AM-DSB-SC
· Se deja de transmitir la portadora para obtener mayor eficiencia en el
consumo de potencia del transmisor.
· No es posible realizar detección de envolvente.
· La detección es síncrona.
Banda Unica
AM-SSB-RC
· Se transmite una sola banda lateral y la portadora.
· Como la portadora se atenúa al filtrar una banda, esta
técnica se conoce como modulación de una sola
banda con portadora residual.
AM-SSB-SC
· Se transmite una sola banda lateral y sin portadora.
· También es conocida como modulación de banda lateral única AM-BLU
Modulación por una banda de frecuencias inteligentes
Por ejemplo, la voz humana tiene
componentes desde 200Hz a 3kHz, si se usara esta señal para modular, se generarían una banda grande de
frecuencias a los lados de la portadora
Ambas bandas que se generan reciben el nombre de banda lateral inferior y
banda lateral superior.
Dispositivo No lineal Dispositivo
No lineal 1 Mhz RF
200 Hz a 3 Khz
Portadora 1 Mhz
Bandas laterales
1,000,200 a
1,003,000 Hz
997,000 a 999,800 Hz
Ejemplo
Una portadora de 1.4 MHz es modulada por una señal de música cuyas
componentes de frecuencia van de los
20Hz a los 10kHz. Determina el rango
de frecuencias generadas por la banda
lateral inferior y superior
Solución
La banda lateral superior:
› 1,400,000 Hz + 20Hz = 1,400,020 Hz
› 1,400,000 Hz + 10,000 Hz = 1,410,000 Hz
La banda lateral inferior:
› 1,400,000 Hz - 10,000 Hz = 1,390,000 Hz
› 1,400,000 Hz - 20Hz = 1,399,980 Hz
Portadora 1.4 Mhz
Bandas laterales
1,400,020 a
1,410,000 Hz
1,390,000 a
1,399,980 Hz
AM - DSBFC
Aunque hay varias clases de
modulación de amplitud, la que probablemente se usa con más
frecuencia es la AM de portadora de
máxima potencia y doble banda lateral
› DSBFC (doble-sideband full carrier), también llamado AM convencional o simplemente AM
Espectro de frecuencias de una onda AM (DSBFC)
fc
Portadora
Frecuencia
Amplitud
fc - fi (max) fc + fi (max)
Frecuencias del
lado inferior Frecuencias del lado superior Banda lateral
inferior LSB
Banda lateral superior
USB
Ancho de banda para AM - DSBFC
El ancho de banda (BW) de una onda DSBFC de AM es igual a la diferencia entre la frecuencia máxima del lado superior y la mínima del lado inferior, o también, igual a doce veces la
frecuencia máxima de la señal inteligente (señal modulante):
› BW = 2fi(max)
Para propagación de ondas de radio, la portadora y todas las frecuencias dentro de las bandas
laterales deben ser lo bastante elevadas como
para poder propagarse lo suficiente a través de la atmósfera.
Ejemplo
Para un modulador DSBFC de AM con
frecuencia de portadora de 100 kHz y una señal inteligente con frecuencia máxima de 5 kHz determina:
a) Límites de frecuencia de las bandas laterales b) Ancho de banda
c) Frecuencias de lado superior e inferior, que se producen cuando la señal inteligente es un tono de frecuencia única de 3 kHz
d) Trazar el espectro de frecuencias de salida
Modulación AM DSB-SC
La Modulación AM Convencional (ó DSB) debido a su sencillez y efectividad, es un método de modulación muy ineficaz.
En una señal de AM-DSB, la portadora no tiene ninguna información. Toda la información transmitida está exclusivamente en las bandas laterales. Por ello, La portadora puede suprimirse y no transmitirse.
La señal de AM con la portadora suprimida se denomina DSB-SC.
Modulación AM DSB-SC
La señal DSB-SC esta dada por:
m(t) tiene cero nivel DC para el caso de una portadora suprimida.
El índice de modulación resulta ser infinito debido a que no hay componente portadora.
) 2
cos(
) ( )
( t A
cm t f
cs
La modulación en banda lateral única (BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band) es una evolución de la AM.
En la transmisión en Amplitud Modulada se gasta la mitad de la energía en transmitir una onda de frecuencia constante llamada portadora, y sólo un cuarto en transmitir la información de la señal moduladora (normalmente voz) en una banda de frecuencias por encima de la portadora. El otro cuarto se consume en transmitir exactamente la misma información, pero en una banda de frecuencias por debajo de la portadora.
Es evidente que ambas bandas laterales son redundantes, bastaría con enviar una sola.
Y la portadora tampoco es necesaria. Por medio de filtros colocados en el circuito de transmisión, el transmisor SSB elimina la portadora y una de las dos bandas.
El receptor, para poder reproducir la señal que recibe, genera localmente -mediante un oscilador- la portadora no transmitida, y con la banda lateral que recibe,
reconstruye la información de la señal moduladora original.
Modulación AM-SSB
La señal portadora es completamente independiente de la información de la señal m(t), por lo tanto transmitir la portadora significa un desperdicio de potencia. Sólo una parte de la potencia transmitida de una señal AM lleva información. Para solucionar esto, se puede suprimir la componente portadora de la señal modulada, dando lugar a una
modulación doble banda lateral con portadora suprimida (DSB-SC).Entonces,
suprimiendo la portadora se tiene una señal que será proporcional al producto de la portadora por la señal banda base según la ecuación.
Modulación AM-DSB-SC
Cada banda lateral lleva la misma información referente a la señal moduladora
original, por lo que sólo es necesario transmitir una de las dos bandas laterales. Si se transmite una única banda lateral sin portadora no se está perdiendo información referente a la señal moduladora. En este caso sería necesario el mismo ancho de banda de transmisión que el ocupado por la señal moduladora original, no el doble como en AM o DSB. Este tipo de modulación se denomina banda lateral única (SSB: Single Side Band).
La descripción precisa en el dominio de la frecuencia depende de cuál de las dos bandas laterales se elija para su transmisión.
Modulación AM-SSB
La modulación en banda lateral única se puede clasificar según la existencia de la portadora en la modulación:
Modulación en banda lateral única con portadora, en inglés single sideband- amplitude modulation (SSB, SSB-AM)
Modulación en banda lateral única con portadora suprimida, en inglés single sideband-suppressed carrier modulation (SSB-SC)
También se puede clasificar según cual de las dos bandas laterales se trasmita en la modulación:
Modulación en banda lateral superior, en inglés upper sideband modulation (USB)
Modulación en banda lateral inferior, en inglés lower sideband modulation (LSB)
Modulación AM-SSB
La superioridad tecnológica de la Banda Lateral Única sobre la Amplitud Modulada reside en esa necesidad de gastar sólo un cuarto de la energía para transmitir la misma información. En contrapartida, los circuitos de transmisores y receptores son más complejos y más caros.
Otra ventaja de esta modulación sobre la AM estriba en que la potencia de emisión se concentra en un ancho de banda más estrecho (normalmente 2,4 kHz); por lo tanto, es muy sobria en el uso de las frecuencias,
permitiendo más conversaciones simultáneas en una banda dada.
