ud3. modulaciÓn - profesores.sanvalero.netprofesores.sanvalero.net/.../ud2_modulacion.pdf · 9...

1

UD3. MODULACIÓN

OBJETIVOS

OBJETIVOS:

• Comprender el tratamiento de las señales paraenviar información

• Distinguir entre modulación analógica y digital

• Conocer las ventajas que tiene la modulacióndigital frente a la analógica

2

¿QUÉ ES MODULAR?

• Se denomina modulación al proceso de colocar lainformación contenida en una señal, generalmentede baja frecuencia, sobre una señal de altafrecuencia.

• La modulación de una señal consiste en cambiar oalterar algunos parámetros de dicha señal. Esta señalllamada portadora, por ser a la vez conductora deseñales más débiles como el sonido y el video

¿QUÉ ES MODULAR?

• Debido a este proceso la señal de altafrecuencia denominada portadora, sufrirá lamodificación de alguna de sus parámetros,siendo dicha modificación proporcional a laamplitud de la señal de baja frecuenciadenominada moduladora.

3

¿PORQUÉ DEBEMOS MODULAR LA SEÑAL?

Para controlar dicha señal y así facilitar la propagaciónde la señal de información por cable o por el aire, ordenarel espacio radioeléctrico, distribuir canales a cadainformación distinta.

Para disminuir las dimensiones de las antenas, optimizarel ancho de banda de cada canal evitando interferenciasentre canales, proteger a la información de lasdegradaciones por ruido y definir la calidad de lainformación trasmitida.


Además, en casos como la radiodifusión porantenas, es necesario manejar frecuenciassuperiores para la correcta transmisión de potenciaal aire libre.

Los procesos de modulación permiten convertir laseñal banda base en otra señal distinta (llamadaseñal modulada) con un espectro más adecuado alcanal en uso y con una menor sensibilidad al ruidodel canal.

4


La Modulación permite “montar” la información (de bajafrecuencia) a transmitir sobre una señal de alta frecuenciaque es más facil de radiar.

A la señal a transmitir se le llama señal de modulación,modulante o señal de banda base y a la señal moduladade alta frecuencia se le llama portadora.

Al proceso inverso de separar la señal de modulación de laportadora a partir de la señal modulada se le llamaDemodulación.

¿PORQUÉ DEBEMOS MODULAR LA SEÑAL?Razones

1) Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de laseñal original o moduladora, no será posible reconocer lainformación inteligente contenida en dicha señal, debido ala interferencia entre las señales transmitidas pordiferentes usuarios.

2) A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en latransmisión, de acuerdo al medio que se emplee.

3) Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, yaque permite la multiplexación por frecuencias.

4) En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienenmedidas más razonables.

5


La radiofrecuencia (RF) es el medio de transporte de la audiofrecuencia (AF)

A esta acción se le llama“MODULACIÓN”

MODULACIÓNTransmisor básico

MIC

AMP. DE AF

MODULADOR

GENERADOR DE RF

AMPLIFICADOR RF

ANTENA

6

DEMODULACIÓN

• Es el proceso mediante el cuál es posiblerecuperar la señal de datos de una señalmodulada.

• Un MODEM es un dispositivo de transmisiónque contiene un modulador y undemodulador.

DEMODULACIÓNReceptor básico

Antena

Amplificador de RF

Detector de Audio

( Demodulador)

Amplificador de AF

Altavoz

7

ONDA PORTADORA

Señal, generalmente de forma senoidal, que esmodulada (transformada) por otra señal de informaciónque se quiere transmitir.

Es de una frecuencia mucho más alta que la de la señala modular

ONDA PORTADORAFrecuencias de transmisión

Microondas terrestres.Microondas satelitales.Navegación marítima.Detección de sup. de aeropuertoComunicaciones Personales Inalámbricas MóvilesClima desde aeronavesAproximación de aeronavesBúsqueda móvil basada en tierraRadionavegación AeronáuticaMóvil Marítimo.Móvil Aeronáutico.Móvil Terreste (Teléfono móvil).Móvil por Satélite.

Radioastronomía.Radiolocalización.Operaciones espaciales.Investigación Espacial.Exploración de la Tierra por Satélite. Entre Satélites.Radiodifusión Sonora.Radiodifusión de T.V.Ayudas a la Meteorología.Aficionados.Frecuencias Patrón y Señales Horarias. Radiodifusión por SatéliteFijo por Satélite.

Varias de estas bandas se dividen en diversos tipos de servicios como:

8



9

SEÑAL DE TRANSMISIÓN Y DE DATOS

• Las señales de transmisión corresponden a laportadora, mientras que las señales de datoscorrespondes a la moduladora.

• De acuerdo al sistema de transmisión, sepueden tener los siguientes casos

Señal de transmisión Señal de DatosAnalógica AnalógicaAnalógica DigitalDigital AnalógicaDigital Digital

RECORDANDO

• Las tres características mas importantes de una señal periódica son:– Amplitud: es el valor instantáneo de una señal en cualquier momento. En transmisión de datos se mide en Voltios.

– Frecuencia: es el inverso del periodo (1/T), representa el número de repeticiones de un período por segundo y se expresa en ciclos por segundo ó Hertz (Hz)

– Fase: es una medida de la posición relativa en el tiempo del período de una señal

10

RECORDANDO

TIPOS DE MODULACIÓN

Lineal AMDe onda continua

Angular PMAnalógica FM

PAMPWM

De pulsos PPMModulación TDM

PCM

ASKFSK

Digital PSKDPSK

QAM

11

MODULACIÓN ANALÓGICA

Dado que podemos modificar 3 magnitudes deuna señal periódica los tipos de modulaciónanalógica son:

• AM: Amplitud Modulada

• FM: Frecuencia Modulada

• PM: Modulación en Fase

MODULACIÓN ANALÓGICAModulación de amplitud (AM)

• La modulación en Amplitud (AM) es utilizada para transmitirinformación de audio (voz, música entre otras.) en la onda portadorade RF. AM es una mezcla de señales de AF y RF, de manera que lasvariaciones de amplitud de la señal de AF (Modulación) alteran laamplitud de la señal RF (Portadora)

12


• Este es un caso de modulación donde tanto lasseñales de transmisión como las señales de datosson analógicas.

• Un modulador AM es un dispositivo con dosseñales de entrada, una señal portadora deamplitud y frecuencia constante, y la señal deinformación o moduladora. El parámetro de laseñal portadora que es modificado por la señalmoduladora es la amplitud.


• La modulación de amplitud es utilizada paratransmitir información de audio (voz,música…), en la onda portadora de RF

• AM es una mezcla de señales de AF y RF, demanera que las variaciones de amplitud de laseñal de AF (modulación) alteran la amplitudde la señal de RF (portadora)

13



14


MODULACIÓN ANALÓGICAModulación de frecuencia (FM)

• A diferencia de la AM, la modulación en frecuencia crea un conjunto decomplejas bandas laterales cuya profundidad (extensión) dependerá de laamplitud de la onda moduladora.

• Como consecuencia del incremento de las bandas laterales, la anchura delcanal de la FM será más grande que el tradicional de la onda media, siendotambién mayor la anchura de banda de sintonización de los aparatosreceptores.

15


En este caso las señales de transmisión como las de datos sonanalógicas y es un tipo de modulación exponencial, por lo cual,la señal modulada mantendrá fija su amplitud y el parámetrode la señal portadora que variara es la frecuencia y lo hace deacuerdo a como varié la amplitud de la señal moduladora.

Por tanto la modulación por frecuencia (FM), se conoce como elproceso mediante el cual la información es decodificada y a suvez dicha información se encuentra en forma digital o analógica,en una onda portadora mediante la variación de su frecuenciainstantánea de acuerdo a la señal de entrada


16



La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre elsistema de modulación de amplitud (AM) utilizadoalternativamente en radiodifusión. La más importante esque al sistema FM apenas le afectan las interferencias ydescargas estáticas.

Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas portormentas o sistemas de encendido de los automóviles,producen señales de radio de amplitud modulada que secaptan como ruido en los receptores AM.

17

MODULACIÓN ANALÓGICAModulación de fase (PM)

• En este caso el parámetro de la señal portadora que variará de acuerdo con la señal moduladora es la fase.

• Es un tipo de modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia.

• Se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía directamente de acuerdo con la señal modulante, resultando una señal de modulación en fase

MODULACIÓN ANALÓGICAModulación de fase (PM)

• La modulación en Fase no suele ser muyutilizada porque se requieren equipos derecepción más complejos que los defrecuencia modulada.

• Suele presentar problemas de ambigüedadpara determinar, por ejemplo si una señaltiene una fase de 0° o 180°

18

MODULACIÓN ANALÓGICAComparación

MODULACIÓN DIGITAL

• Los datos digitales deben ser modulados sobre una señal analógica (portadora) que ha sido manipulada para mostrar los valores correspondientes a los ceros y los unos de la señal digital. La modulación puede ser:

– Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK).

– Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK).

– Modulación por desplazamiento de fase (PSK).

– Modulación de amplitud en cuadratura (QAM), que combina cambios en fase y en amplitud.

19

MODULACIÓN DIGITALDesplazamiento de amplitud (ASK)

• Valores representados por diferentes amplitudes de portadora

• Usualmente, una amplitud es cero– Se usa presencia y ausencia de portadora

• Susceptible de repentinos cambios de ganancia• Poco eficiente• Hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica• Usada en fibra óptica

0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0


20


Ancho de Banda


Ejemplo señal real

21

MODULACIÓN DIGITALDesplazamiento de frecuencia (FSK)

• Valores representados por diferentes frecuencias(próximas a la portadora)

• Menos sensible a errores que ASK

• Hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica

• Transmisión por radio en HF (3‐30 MHz)

• Incluso en LAN en frecuencias superiores con cablecoaxial

0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0


22


Ancho de banda

MODULACIÓN DIGITALDesplazamiento de fase (PSK)

• La Fase de la portadora se desplaza para representar los datos

• PSK Diferencial– El cambio de fase se refiere a la transmisión del bit anterior en lugar de a una referencia absoluta

0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0

23


Nótese la inversión de fase para representar el “0”


24


Constelación PSK

MODULACIÓN DIGITALModulación DPSK

En esta modulación cada estado se codifica mediante un salto defase, que se produce en la señal de línea cuando se pasa de un bit alsiguientes, es decir, los saltos de fase se obtienen en función de lafase que tenía la señal en el estado anterior.

Utilizando este sistema demodulación queda garantizadoque para cada bit habrá unatransición, con lo que se facilitala sincronización del reloj derecepción. Así por ejemplocodifica un 0 binario medianteun salto de 90º y un 1 binariomediante un salto de 270º.Se utiliza en transmisiones a1200 bits/sg (1200 baudios).

25

MODULACIÓN DIGITALModulación QPSK

Esta modulación divide los datos en 2 bits (dibit) y cada bit se codificacomo un cambio de fase de la portadora con respecto a la fase delsímbolo inmediatamente anterior. Se pueden utilizar dos solucionesdiferentes para transmitir señales dentro de un canal telefónicomediante este sistema de modulación.

MODULACIÓN DIGITALModulación MPSK

Este sistema de modulación divide los datos en 3 bits (tribit) y cadatribit se codifica con un cambio de fase de la portadora con respecto ala fase del símbolo inmediatamente anterior. Se disponen de ochofases diferentes para codificar los posibles estados de los tribits.

26


Constelación PSK

4-PSKCharacteristics

8-PSKCharacteristics

MODULACIÓN DIGITALModulación QAM

La modulación QAM (Quadrature Amplitud Modulation), donde se aplicauna combinación de modulación de fase DPSK y de amplitud ASK, seutiliza para mejorar la eficiencia de los sistemas de modulación contransmisiones de datos a alta velocidad.

Este tipo de modulación loque hace es formar grupos de4 bits (cuatribit) con lo quetendremos una portadora con16 estados de fase y amplitud.El primero de estos nosdetermina la amplitud: si es 0tomamos la amplitud pequeñay si es 1 la grande. Los otros3 bits funcionan de la mismaforma que en la modulaciónDPSK.

27


Constelación PSK

4-QAM and 8-QAMConstellations

MODULACIÓN DIGITALModulación en cuadratura (QAM)

28

MODULACIÓN DIGITALModulación en cuadratura (QAM)

MODULACIÓN DIGITALVelocidad modulación y transmisión

La Velocidad de Modulación se define como el númerode cambios de señal por unidad de tiempo, y se expresaen baudios

La Velocidad de Transmisión, expresada en bits/sg,equivale a la velocidad de modulación multiplicado porel número de bits representados por cada muestra

La primera hace siempre referencia a la unidad deinformación trasmitida por segundo: sea cual fuere elnúmero de bits de cada unidad de información, la segundase refiere al número de bits enviados por segundo.

29

MODULACIÓN DIGITALVelocidad modulación y transmisión

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

Espectro electromagnético y modulación

30

MODULACIÓN ANALÓGICA Y DIGITAL

ud3. modulaciÓn - profesores.sanvalero.netprofesores.sanvalero.net/.../ud2_modulacion.pdf · 9...

Documents