Cristian Acuña López

A70053

Laboratorio 2

Modulación de Amplitud Analógica.Parte I

Modulación analógica AM

Este tipo de modulación consiste en tener dos señales principales: la moduladora y la

portadora. La señal moduladora es realmente la señal que se quiere transmitir por medio de la red

AM, mientras que la señal portadora es aquella que transportará, por decirlo así, la información

contenida en la portadora.

El funcionamiento de esta modulación radica en que la amplitud de la señal portadora

variará en función de los cambios de magnitud de la señal moduladora. Este efecto se observa en

el gráfico siguiente:

Ahora bien, el proceso del modulación por amplitud de onda consiste en varias etapas,

que en general se pueden observar en la figura siguiente:

Más específicamente las etapas de modulación se pueden ver a continuación:

Sumador Salida

Nivel DC Portadora

En diagrama de bloques:

Un modulador AM funciona básicamente multiplicando una señal de tensión que contiene

información (señal moduladora Vm) es multiplicada por una señal cosenoidal a la frecuencia a la

que se desea transmitir (señal portadora Vc) y luego sumando al resultado anterior la señal

portadora.

Un receptor de AM convencional, simplemente convierte una onda de amplitud modulada

nuevamente a la fuente original de información (o sea, demodula la onda AM) Cuando se

demodula una onda AM, la portadora y la porción de la envolvente que lleva la información (o sea,

las bandas laterales) se convierten (se “bajan”) o se trasladan del espectro de radiofrecuencia a la

fuente original de información (Banda Base).

Un receptor debe ser capaz de recibir, amplificar, y demodular una señal de RF. Un

receptor también debe ser capaz de limitar las bandas del espectro total de radiofrecuencias a una

banda específica de frecuencias. En muchas aplicaciones el receptor debe ser capaz de cambiar el

rango (banda) de frecuencia que es capaz de recibir. A este proceso se llama sintonizar el receptor.

Una vez que una señal de RF se recibe, se amplifica y se limitan las bandas, deberá convertirse a la

++

+

Señal Sumador

Sumador Multiplicador

+

Señal modulada

fuente original de información (banda base). A este proceso se le llama demodulación. Una vez

demodulada, la información podría requerir de mayor limitación de las bandas y una

amplificación, antes de considerarse lista para usar.

Modulación analógica SSB AM

La modulación en banda lateral única (BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band) es una

evolución de la AM. La banda lateral única es muy importante para la rama de la electrónica

básica ya que permite transmitir señales de radio frecuencia que otras modulaciones no pueden

transmitir. En la transmisión en Amplitud Modulada(AM simple) 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 BLU 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. En el próximo diagrama tenemos un ejemplo en

diagrama de bloques se como se vería un transmisor SSB:

Al multiplicar la señal SSB recibida por Cos(wct):

El filtro pasabajo solo dejaría pasar el primer término, que es precisamente el mensaje. Los

efectos que tendría un error de fase o frecuencia de la portadora se analizan posteriormente. Un

diagrama general de lo anterior se observa a continuación:

Modulación analógica DSB-SC AM

Este tipo de modulación, modulación DSB (modulación en doble banda lateral), es del tipo

lineal y consiste en hacer variar la amplitud de la señal portadora en función de la información o

señal a transmitir, en una manera muy similar a la modulación AM. La diferencia entre la

modulación AM y la DSB está en que no existe una reinserción de la portadora para el último caso.

Para el caso de la demodulación se pueden usar dos métodos, el detector de envolvente y

la demodulación sincrónica. La única diferencia es que la señal desmodulada, usando detección

sincrónica, la señal de salida es igual a la señal de información pero atenuada en amplitud a la

mitad.  En ambos casos se presenta una componente DC la cual desplaza en amplitud a la señal

de información, aumentando su valor para todo t.  Luego, con un filtro pasa alto, se suprime ésta

componente DC la cual se origina de adicionar la portadora con una ganancia A.

El diagrama de bloques de la modulación DSB AM se muestra seguidamente:

Para recuperar la señal x(t) de la señal DSB basta multiplicar esta última por Cos(wct) y

luego pasarla por un filtro pasabajo de ancho de banda W igual al ancho de banda del mensaje.

Esto es un detector síncrono.

Modulación analógica IQ

La técnica de modulación en IQ aplicada a sistemas digitales es también conocida como

modulación en cuadratura, QAM. Este tipo de modulación realiza el trasiego de información,

mediante la modulación de la señal portadora en amplitud y en fase. Para alcanzar esto, se modula

la portadora, pero desfasando en 90 grados la fase y la amplitud.

Por otro lado la señal modulada en QAM se compone por la suma lineal de dos señales

moduladas con anterioridad en DBL-PS(Doble banda lateral, DSB, con portadora suprimida).

En general, diagrama funcional de un transmisor en modulación QAM se verá de la

siguiente manera:

Otra forma, quizá más clara de verlo sería la siguiente:

Ahora bien, para el caso que atañe a este laboratorio, el sistema modulador IQ es el

siguiente:

Utilizando un mezclador, que llevará como entradas señales I(t) y Q(t) que harán que la

señal mensaje o moduladora sufra los cambios en fase y amplitud requeridos, sumándose ambos

efectos en el bloque de suma, posteriormente. Luego se agrega un buffer de entrada diferencia

para preparar la información para ser transmitida, mientras que se añade luego un amplificador de

potencia.

Para la desmodulación se usa una configuración como esta:

Se toma la señal recibida y se realiza el proceso inverso a la conversión, extrayendo en

cada una de las ramas la señal cosenoidal, que nos hablará de la fase, mientras que en el otro se

obtendrá una señal senosoinal que nos hablará sobre el cambio de cuadratura.

Parte II y III

Formas de onda, modulación analógica AM

Para el caso del modulador AM, se ha establecido el uso de un filtro Butterworth de tercer

orden, con una frecuencia de corte de 9kHz. Luego como puede observarse en el diagrama se ha

usado un bloque de ganancia para la señal de entrada, que bien podría constituir un amplificador

para la señal de entrada, además el otro bloque de ganancia constituye el índice de modulación.

En la sección de suma, se añade el nivel DC pertinente, mientras que utilizando un oscilador

ontrolado de tensión (VCO) se genera la señal de la portadora:

num

den

Transfer FcnSignalGenerator

Scope

Product

Ground

0.5

Gain1

2

Gain

Continuous-TimeVCO

Continuous-TimeVCO

1

Constant

La señal obtenida en la salida del modulador se compara con la señal de salida del filtro en la siguiente imagen:

En la siguiente imagen se muestra el espectro en frecuencia para la señal de salida del

modulador:

0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2

x 104

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2Fourier

Formas de onda, modulación analógica SSB AM

Se utilizará el siguiente diagrama en Simulink para simular el modulador:

Señal modulada

Product1

Product

Portadora -90

Portadora

Mensaje -90

Mensaje

DSB SC

Add

La señales de salida de los multiplicadores junto con la modulada se muestran a

continuación:

Ahora se muestra el espectro de frecuencia para una de las salidas de los multiplicadores, correspondiente a un DSB-SC:

En la siguiente figura se muestra el espectro en frecuencia para un modulador SSB:

Formas de onda, modulación analógica DSB AM

Para la obtención de la forma de onda y espectro de un modulador, se parte de lo obtenido

anteriormente para un SSB-SC. La forma de onda:

El espectro en frecuencia para este modulador se muestra a continuación:

Formas de onda, modulación IQ/QAM