medio de transmisión. Sin embargo, las señales de información pocas veces encuentran una forma adecuada para la transmisión. La modulación se define como el proceso de transformar información de su forma original a una forma más adecuada para la transmisión. Demodulación es el proceso inverso (es decir, la onda modulada se convierte nuevamente a su forma original) La modulación se realiza en el transmisor en un circuito llamado modulador, y la demodulación se realiza en el receptor en un circuito llamado demodulador o detector. El propósito de este texto es introducir al lector a los conceptos fundamentales de la transmisión AM, describir algunos de los circuitos usados en los moduladores AM y describir dos tipos diferentes de transmisores AM. Supongamos que disponemos de cierta información, analógica o digital, que deseamos enviar por un canal de transmisión. Este último designa al soporte, físico o no, que se utilizará para transportar la información desde la fuente hacia el destinatario. el enunciado del problema que se acaba de plantear. La información procedente de la fuente puede ser analógica o digital. Por ejemplo, puede tratarse de una señal de audio analógica, de una señal de vídeo, también analógica, o de estas mismas señales digitalizadas.
La forma más simple e históricamente más antigua de la radio comunicación fue la transmisión del código Morse conmutando una portadora entre los estados de encendido y apagado. La portadora se generaba al aplicar una serie de pulsos a un circuito sintonizado por medio de un explosor (spark gap). Técnicamente, esto es una forma de modulación de amplitud, pero es evidente que la técnica no es adecuada para transmisión de audio.
La transmisión práctica de voz y música por medio de la radio AM, tuvo que esperar el desarrollo del tubo al vacío. No obstante, previamente, el inventor e ingeniero de radio Reginald Alubrey Fessenden, realizó el primer intento. El 23 de diciembre de 1900, después de varios intentos infructuosos, Fessenden transmitió unas palabras por medio de un transmisor de explosor con un micrófono de carbono conectado en serie con la antena. Utilizó un transmisor que produjo aproximadamente 10 mil chispas por segundo, produciendo una aproximación de una transmisión continua. En este caso, son secuencias de caracteres discretos, extraídos de un alfabeto finito de n caracteres, por tanto, puede tratarse de una sucesión de ceros y unos, por ejemplo. Hablaremos únicamente de las señales analógicas.
DEFINICIÓN DE LOS TÉRMINOS
Banda base
Se habla de señal en banda base cuando se designan los mensajes emitidos. La banda ocupada se encuentra comprendida entre la frecuencia 0, o un valor muy cercano a éste, y una frecuencia máxima fmax. Ancho de banda de la señal El ancho de banda de la señal en banda base es la extensión de las frecuencias sobre las que la señal tiene una potencia superior a cierto límite. Generalmente, este límite fmax se fija a -3 dB, que corresponde a la mitad de la potencia máxima. El ancho de banda se expresa en Hz, kHz o MHz.
Fuente -----mensaje emitido------ Canal de transmisión----mensaje recibido-----destinatario
¡
¡
perturbaciones
perturbaciones
Un modulador AM DSBFC simplificado que ilustra la relación entre la portadora [Vcsen(2fct)] la señal de entrada (modulante) de la información [Vmsen(2fmt)], y la onda modulada [Vam(t)] muestra en el dominio de tiempo como se produce una onda AM a partir de una señal modulante de frecuencia simple. La onda modulada de salida contiene todas las frecuencias que componen la señal AM y se utilizan para llevar la información a través del sistema. Por lo tanto, a la forma de la onda modulada se le llama la envolvente. Sin señal modulante, la onda de salida simplemente es la señal portadora amplificada. Cuando se aplica una señal modulante, la amplitud de la onda de salida varía de acuerdo a la señal modulante. Obsérvese que la forma de la envolvente de AM es idéntica a la forma de la señal modulante. Además, el tiempo de un ciclo de la envolvente es el mismo que el periodo de la señal modulante. Consecuentemente, la relación de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal modulante. La técnica básica de la modulación de amplitud también puede modificarse, para servir como base para una variedad de esquemas más complejos que se encuentran en aplicaciones tan diversas como la radiodifusión de televisión y la telefonía
de larga distancia. Así, es esencial entender con cierto detalle el proceso de la modulación de amplitud, por su propia importancia y como fundamento para estudios posteriores.
Una señal de AM se produce al usar la amplitud instantánea de la señal de información (la señal moduladora o en banda base), para variar la amplitud máxima o de cresta de una señal de frecuencia superior. Una onda seno de 1 kHz, que puede combinarse con las señal de 10 kHz , para producir la señal de AM . Si se unen las crestas de la forma de onda de la señal modulada, la envolvente resultante se asemeja a la señal moduladora original. Ésta se repite a la frecuencia moduladora, y la forma de cada "mitad" (positiva o negativa), es la misma que la de la señal moduladora.
La señal de frecuencia superior que se combina con una señal de información para producir la forma de onda modulada, se llama portadora. Se observa un caso en el que sólo hay 10 ciclos de la portadora para cada ciclo de la señal moduladora. En la práctica, la relación entre la frecuencia de portadora y la frecuencia moduladora, es por lo general mucho mayor. Por ejemplo, una estación de radiodifusión de AM podría tener una frecuencia de portadora de 1 MHz y una frecuencia moduladora del orden de 1 kHz. Una forma de onda.
Modulación de amplitud (AM) es el proceso de cambiar la amplitud de una portadora de frecuencia relativamente alta de acuerdo con la amplitud de la señal modulante (información) Las frecuencias que son lo suficientemente altas para radiarse de manera eficiente por una antena y propagarse por el espacio libre se llaman comúnmente radiofrecuencias o simplemente RF. Con la modulación de amplitud, la información se imprime sobre la portadora en la forma de cambios de amplitud. La modulación de amplitud es una forma de modulación relativamente barata y de baja calidad de transmisión, que se utiliza en la radiodifusión de señales de audio y vídeo. La banda de radiodifusión comercial AM abarca desde 535 a 1605 kHz. La radiodifusión comercial de televisión se divide en tres bandas (dos de VHF y una de UHF) Los canales de la banda baja de VHF son entre 2 y 6 (54 a 88 MHz), los canales de banda alta de VHF son entre 7 y 13 (174 a 216 MHz) y los canales de UHF son entre 14 a 83 (470 a 890 MHz). La modulación de amplitud también se usa para las comunicaciones de radio móvil de dos sentidos tal como una radio de banda civil (CB) (26.965 a 27.405 MHz) o los aviones con los aeropuertos (118 a 136 Mhz)
Un modulador de AM es un aparato no lineal con dos señales de entrada: a)una señal portadora de amplitud constante y de frecuencia única y b)la señal de información. La información “actúa sobre” o “modula” la portadora y puede ser una forma de onda de frecuencia simple o compleja compuesta de muchas frecuencias que fueron originadas de una o más fuentes. Debido a que la información actúa sobre la portadora, se le llama señal modulante. La resultante se llama onda modulad o señal modulada.
Una señal de AM se produce al usar la amplitud instantánea de la señal de información (la señal moduladora o en banda base), para variar la amplitud máxima o de cresta de una señal de frecuencia superior. Una onda seno de 1 kHz, que puede combinarse con las señal de 10 kHz, para producir la señal de AM Si se unen las crestas de la forma de onda de la señal modulada, la envolvente resultante se asemeja a la señal moduladora original. Ésta se repite a la frecuencia moduladora, y la forma de cada "mitad" (positiva o negativa),
es la misma que la de la señal moduladora.
La señal de frecuencia superior que se combina con una señal de información para producir la forma de onda modulada, se llama portadora. se observa un caso en el que sólo hay 10 ciclos de la portadora para cada ciclo de la señal moduladora. En la práctica, la relación entre la frecuencia de portadora y la frecuencia moduladora, es por lo general mucho mayor. Por ejemplo, una estación de radiodifusión de AM podría tener una frecuencia de portadora de 1 MHz y una frecuencia moduladora del orden de 1 kHz. Una forma de onda .
La modulación de la amplitud es en esencia un proceso no lineal. Como en cualquier interacción no lineal entre señales, se producen frecuencias de suma y diferencia que, en el caso de la modulación de amplitud, contienen la información por transmitir. Otra cuestión interesante acerca de la AM es que aunque al parecer estemos variando la amplitud de la portadora (de hecho, esto es lo que se da entender con el término modulación de la amplitud), una mirada al dominio de la frecuencia deja ver que el componente de la señal a la frecuencia de la portadora permanece intacto, ¡con la misma amplitud y frecuencia que antes! Este misterio se aclara con la ayuda de un poco de matemáticas, como se verá en breve; por el momento, sólo recuerde que AM es un nombre un tanto inapropiado, puesto que la amplitud de la portadora permanece constante en el dominio de la frecuencia. La amplitud de la señal completa no cambia sin modulación
un modulador AM es un dispositivo no lineal . Por lo tanto, ocurre una mezcla
no lineal (producto) y la envolvente de salida es una onda compleja compuesta por un voltaje de c.c., la frecuencia portadora y las frecuencias de suma (fc + fm) y diferencia (fc- fm) (es decir, los productos cruzados) La suma y la diferencia de frecuencias son desplazadas de la frecuencia portadora por una cantidad igual a la frecuencia de la señal modulante. Por lo tanto, una envolvente de AM contiene componentes en frecuencia espaciados por “fm” Hz en cualquiera de los lados de la portadora. Sin embargo, debe observarse que la onda modulada no contiene una componente de frecuencia que sea igual a la frecuencia de la señal modulante. El efecto de la modulación es trasladar la señal de modulante en el
dominio de la frecuencia para reflejarse simétricamente alrededor la frecuencia de la portadora.
IDEAS RELEVANTES SOBRE LA MODULACIÓN DE APMLITUD :
1. Modulación es el proceso de hacer que la información que va a comunicarse modifique una señal que tiene una frecuencia
más alta llamada portadora.
2.La modulación de amplitud (AM) es la forma más antigua y simple de la acción moduladora.
3.En la AM, la amplitud de la portadora se modifica de acuerdo con la amplitud y la frecuencia, o las características de la
señal moduladora. La frecuencia de la portadora permanece constante.
4.La variación de la amplitud de los picos de la portadora tiene la forma de la señal moduladora y se conoce como envolvente.
5.Una representación en el dominio de tiempo muestra la amplitud en función de la variación en el tiempo de señales de
AM y otras.
6.La modulación de amplitud la produce un circuito llamado modulador que tiene dos entradas y una salida.
7. El modulador efectúa una multiplicación matemática de las señales portadora y de información. La salida es su producto
analógico y su suma vectorial.
8. La portadora en una señal de AM es una onda senoidal que puede modularse por señales de información analógicas o
digitales.
9. La modulación de amplitud de una portadora por una señal binaria produce manipulación por desplazamiento de amplitud
(ASK).
10.El cociente del valor Vm del voltaje pico de la señal moduladora y el valor pico Vc de la portadora se llama índice de
modulación, m (m = Vm/Vc). También se le conoce como el coeficiente o factor de modulación, y como el grado de modulación.
11.El valor ideal de m es 1. De manera típica, m es menor que 1. Deberá evitarse la condición en que m es mayor que 1, ya
que introduce una seria distorsión de la señal moduladora. Esto se conoce como sobremodulación.
12. El índice de modulación multiplicado por 100 es el porcentaje de modulación.
13. El porcentaje de modulación puede calcularse de las formas de onda de AM visualizadas en un osciloscopio mediante la
expresión
max min
max min %mod 100( )
V V
V V
donde Vmáx es la amplitud pico máxima de la portadora, y Vmin, la amplitud pico mínima de la portadora.14. Las nuevas señales generadas por el proceso de modulación se llaman bandas laterales y ocurren en las frecuencias situadas
arriba y abajo de la frecuencia de la portadora.
15.Las frecuencias de las bandas lateral superior, fBLS, Y lateral inferior, fBLI, son la suma y la diferencia de la frecuencia de
portadora fc y la frecuencia moduladora fm. Se calculan con las expresiones
fBLS = fc + fm fBLI =fc -fm
16.La representación de la amplitud de una señal con respecto a la frecuencia se llama representación en el dominio de frecuencias.
17.Una señal de AM puede considerarse como la señal de portadora sumada a las señales de las bandas laterales que produce
la modulación de amplitud.
18.La potencia total transmitida en una señal de AM es la suma de las potencias de la portadora y de las bandas laterales (PT
= Pc + PBLS + PBLI) y se distribuye entre la portadora y las bandas laterales. Esta distribución de potencia varía con el porcentaje
de modulación. La potencia total es
(1 2 ) P P m2 T c
La potencia en cada banda lateral es
4
P Pc (m2 )
s
19.Cuanto más alto sea el porcentaje de modulación, tanto mayor será la potencia en las bandas laterales, y más intensa e
inteligible será la señal transmitida y recibida.
20. No obstante su sencillez y efectividad, la modulación de amplitud es un método de modulación muy ineficaz.
21.En una señal de AM, 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.
22.La señal de AM con la portadora suprimida se denomina señal de doble banda lateral (DBL).
23. No hay razón inherente de por qué la radio AM debe tener mala calidad de audio. Gran parte del problema radica en los receptores cuyo ancho de banda es muy reducido para incluir todas las bandas laterales de la señal de radiodifusión. Muchos receptores de AM, entre otros los que se incluyen con sistemas de audio de alta fidelidad, tienen una respuesta de audio que se extiende sólo hasta alrededor de 4 kHz.
En un intento por compensar esto, la mayoría de los radiodifusores de AM refuerzan las frecuencias de audio superiores antes de la modulación. A esto se le llama preénfasis. El problema es que hasta la fecha no existe estándar para la cantidad de reforzamiento utilizado.
FINALIDAD DEL PROCESO DE MODULACIÓN ( EMISIÓN Y RECEPCIÓN ) :
El objetivo de la modulación es el de adaptar la señal que se va a transmitir al canal de comunicaciones que hay entre la fuente y el destinatario. Se introducen, por tanto, dos operaciones suplementarias a la de la figura anterior; entre la fuente y el canal, una primera operación llamada modulación, y entre el canal y el destinatario, una segunda denominada desmodulación. La cadena de transmisión global queda entonces como se representa en la figura siguiente. El objetivo de la transmisión es el de hacer llegar el mensaje emitido m(t) al destinatario. En el caso ideal, se tiene: y(t) = m(t). En la práctica, esto no es así, y tenemos que y(t) es distinto de m(t).
FUENTE-----MODULADOR------CANAL DE TRANSMISIÓN----DEMODULADOR-----DESTINO
¡
¡
¡
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PERTURBACIONES
Donde fuente es m(t), modulador s(t), canal x(t), y demodulador y(t).
La diferencia reside principalmente en la presencia de ruido debido a las perturbaciones que afectan al canal de transmisión y en las imperfecciones de los procesos de modulación y desmodulación.
La señal m(t) es la señal en banda base que se va a transmitir. Puede ser representada tanto en forma temporal como en forma de espectro de frecuencias. Estas dos formas se han dibujado juntas debajo. La modulación recurre a una nueva señal auxiliar de frecuencia fo. Esta frecuencia fo recibe el nombre de frecuencia portadora o frecuencia central. Evidentemente, la frecuencia fo se elige de forma que se encuentre en la banda de paso del canal de transmisión B,.
La señal que será transmitida, s(t), es la señal llamada portadora a la frecuencia fo , modulada por el mensaje m(t). La señal s(t) ocupa una banda B en tomo a la frecuencia fo, como se ve en la figura . Este ancho B es un parámetro importante y está en función del tipo de modulación. En muchos casos, lo que se persigue es reducir B para albergar en la banda de frecuencias B1 el máximo de información. Por ello, se realiza una multiplexación de frecuencias de forma que se puedan transmitir simultáneamente sobre el mismo medio el mayor número de mensajes.la modulación es una operación que consiste en transmitir una señal moduladora
por medio de una señal llamada portadora v(t). v(t) Acos(t ) La modulación consiste en efectuar un cambio o variación en alguno de los parámetros de v(t). La actuación sobre A se traduce en una modulación de amplitud; si se actúa sobre ω se modula la frecuencia, mientras que si se actúa sobre φ la modulación
es de fase. Estos tres tipos de modulación se pueden aplicar tanto si la señal moduladora m(t) es analógica como si es digital.
VIDEO:
http://www.youtube.com/watch?v=CvQ3dvwKSac
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