MODULACIONES ANALÓGICAS

MODULACIONES ANALOGICAS

Salas Núñez Luis Fernando lfsalasnu@gmail.com Universidad Popular del Cesar Ingeniería Electrónica Comunicaciones I

RESUMEN

Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un a canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión, a este proceso es al que llamamos modulación, La modulación es un proceso esencial para transmitir señales de forma eficiente y económica.

PALABRAS CLAVES

Portadora, Banda Base, FM, AM, DSB, DSB SC, PM, RF, SSB, VSB.



SUMMARY

The baseband signals produced by different sources of information are not always suitable for direct transmission through a given channel. These signals are sometimes strongly modified to facilitate their transmission, this process is what we call modulation. Modulation is an essential process to transmit signals efficiently and economically.

KEYWORDS


Carrier, Baseband, FM, AM, DSB, DSB SC, PM, RF, SSB, VSB.

INTRODUCCION

Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje, a este proceso es al que llamamos modulación.

La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación. (Tomado Modulación Analógica Evelio Martinez).

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene la modulación en amplitud (AM), la modulación en frecuencia (FM), o la modulación en fase (PM). La siguiente figura muestra una señal de banda base s(t) y las formas de onda de AM y FM correspondientes. En AM la amplitud de la portadora varia en proporción a s(t), y en FM, la frecuencia de la portadora varia en proporción a s(t).

MODULACION DE AMPLITUD

Amplitud modulada (AM) o modulación de amplitud es un tipo de modulación no lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir. La modulación de amplitud es equivalente a la modulación en doble banda lateral con reinserción de portadora. Existen cuatro tipos de modulación por amplitud que son DSB, DSB SC, SSB y VSB.

DSB (Doble Banda Lateral)

La modulación de amplitud (AM) se define como el proceso en el cual la amplitud de la portadora varía en torno a un valor medio de forma lineal con la señal banda base.

DSB SC (Doble Banda Lateral Con Portadora Suprimida)

La señal portadora es completamente independiente de la información de la señal, 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. Entonces, suprimiendo la portadora se tiene una señal que sería proporcional al producto de la portadora por la señal banda base.

La señal así modulada presenta un cambio de fase siempre que la señal cruce por cero. Ahora a diferencia del caso DSB, para DSB SC la envolvente de la señal no sigue a la señal moduladora.

SSB (Banda Lateral Única)

Las dos anteriores modulaciones desperdician ancho de banda ya que sus bandas laterales son idénticas es decir envían dos veces la misma información, por lo cual solo es necesario transmitir una sola banda lateral. La modulación SSB suprime la portadora y envía una sola banda la superior o la inferior con lo  cual consumimos un ancho de banda igual a la señal banda base y no el doble como en DSB y DSB SC, es decir ahorramos potencia y ancho de banda pero los circuitos se vuelven muy complejos debido a la separación de las bandas laterales. Si la señal original posee componentes muy bajas en frecuencia la banda lateral inferior y superior se juntan en la frecuencia de la portadora, en este caso la modulación SSB no es apropiada ya que es muy difícil aislar las bandas laterales.

VSB (Banda Lateral Vestigial)

Debido a que la modulación SSB no es muy eficiente en la transmisión de señales con muy bajas frecuencias, se busco otro tipo de modulación la banda lateral vestigial que ahorra potencia y envía casi completamente una banda lateral y un vestigio de la otra banda lo cual hace los circuitos de procesamiento de señal más sencillos, es decir no debemos separar por completo las bandas laterales de los filtros lo cual hace la banda de transición del filtro más suave permitiéndonos enviar señales de muy baja frecuencia.

MODULACION ANGULAR

La modulación angular consiste en hacer variar la fase o la frecuencia de una señal portadora debido a una señal moduladora (señal Mensaje). Dependiendo del parámetro que modifiquemos tendremos dos tipos de modulaciones, la modulación en Frecuencia (FM) y la modulación de Fase (PM).

FM (Modulación de Frecuencia)

La modulación en frecuencia consiste en hacer variar la frecuencia instantánea de la señal conforme a la señal banda base, es decir la señal modulada cambia su frecuencia dependiendo de la señal mensaje. La modulación FM lleva la información en la frecuencia.  Este tipo de modulación utiliza poca potencia y poco ancho de banda pero necesita altas frecuencias lo cual la hace muy directiva.

PM (Modulación de Fase)

Consiste en hacer variar la fase instantánea de la portadora conforme a la señal mensaje, es decir que la información se encuentra en la fase de la señal modulada. La modulación PM es poco utilizada comercialmente debido a que es un poco más compleja que la FM.

MODULACIONES EN MATLAB

Matlab es un software matemático muy poderoso que nos permite realizar operaciones complejas de forma rápida. Este programa posee un modulo de comunicaciones el cual nos permite realizar muchas modulaciones de forma rápida entre estas las modulaciones analógicas, nombradas anteriormente.

referencias

[1]   Modulación En Amplitud, Marcos Martin Fernández

[2]    http://www.mathworks.com/

[3]   modulación Angular, Constantino Pérez Vega

[4]   Simulink communications toolbox

CODIGOS, SIMULACIONES Y RESULTADOS

%Modulación DSB

%Luis Fernando Salas Nuñez

%Comunicaciones I

%2012 I

clc

clear all

fp=2000;

fmu=16000;

fmens=20;

amp=3;%amplitud señal mensaje

t=0:1/fmu:0.5;

port=5*sin(fp*2*pi*t);

grid

mens=amp*sin(fmens*2*pi*t);

subplot(3,1,1)

plot(t,mens);

grid

title('Señal Mensaje')

mod=port+mens;

subplot(3,1,2)

plot(t,mod);

grid

title('Señal Modulada en DSB')

dem=mod;

%Detector de envolvente

[m,n]=size(mod);%Elimina la parte  negativa de la señal

s=m*n;

for i=1:s

    if dem(i)<=0

        dem(i)=0;

       end;

end;

[num,den] = butter(10,200*2/fmu)

dem=filter(num,den,dem);

%

dem=2*dem-2*2,9; %ajuste de nivel dc y sele da una ganancia de dos

subplot(3,1,3)

plot(t,dem);

grid

title('Señal Demodulada')

figure;

plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');

legend('Señal Original','Señal Recuperada');

grid

Señal Mensaje, Señal Modulada y señal Demodulada

Señal Mensaje(A) y señal Demodulada (R)

Diagrama en simulink

                                               Señal Mensaje (R) y señal Demodulada(A) Señal Modulada (V)

Señal Mensaje (R) y señal Demodulada(A)

%%

%Modulación DSB SC

%Luis Fernando Salas Nuñez

%Comunicaciones I

%2012 I

clc

clear all

Fp = 10000;%Frecuencia de portadora

Fmu = 80000;%Frecuencia de muestreo

t = [0:1/Fmu:0.01];

mens = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t); % Mensaje

subplot(3,1,1)

plot(t,mens)

grid

title('Señal Mensaje')

mod = ammod(mens,Fp,Fmu); % Modulador

subplot(3,1,2)

plot(t,mod)

grid

title('Señal Modulada en DSB SC')

[num,den] = butter(10,Fp*2/Fmu); % filtro pasabajo de orden 10

demod = amdemod(mod,Fp,Fmu,0,0,num,den); % Demod.

subplot(3,1,3)

plot(t,demod)

grid

title('Señal Demodulada')

figure;

plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');

legend('Señal Original','Señal Recuperada');

grid

Señal Mensaje, señal Modulada y Señal Demodulada

Señal Mensaje y Demodulada

Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal mensaje y Señal demodulada

Señal Mensaje(A) y Señal Demodulada(R)

%%

%Modulación SSB

%Luis Fernando Salas Nuñez

%Comunicaciones I

%2012 I

clc

clear all

Fp = 12000;%Frecuencia de portadora

Fmu = 270000;%Frecuencia de muestreo

t = [0:1/Fmu:0.01];

mens = sin(2*pi*300*t)+2*sin(2*pi*600*t); % Mensaje

subplot(3,1,1)

plot(t,mens)

grid

title('Señal Mensaje')

mod1 = ssbmod(mens,Fp,Fmu,0); % modulacion banda inferior

mod2 = ssbmod(mens,Fp,Fmu,0,'upper'); % Modulacion Banda Superior

subplot(3,1,2)

plot(t,mod1,'r-',t,mod2,'k--');

grid

title('Señal Modulada en SSB')

legend('Modulación Banda Superior','Modulación Banda Inferior')

dem1 = ssbdemod(mod1,Fp,Fmu); % Demodulación Banda inferior

dem2 = ssbdemod(mod2,Fp,Fmu); % Demodulación Banda superior

%figure;

subplot(3,1,3)

plot(t,dem1,'r-',t,dem2,'k--');

grid

title('Señal Demodulada')

legend('Demodulación Banda Superior','Demodulación Banda Inferior')

figure;

plot(t,mens,'b-',t,dem1,'r-',t,dem2,'g-');

legend('Señal Original','Señal Recuperada Banda Superior','Señal Recuperada Banda Inferior');

grid

Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal Demodulada

Señal Mensaje(A) y Demodulada(R)

%%

%Modulación FM

%Luis Fernando Salas Nuñez

%Comunicaciones I

%2012 I

clc

clear all

Fs = 32000; % Frecuencia de muestreo

Fc = 3000; % Frecuencia de portadora

t = [0:Fs-1]/Fs; % tiempo de muestreo

mens = sin(2*pi*300*t); % Canal 1

subplot(3,1,1)

plot(t,mens)

grid

title('Señal Mensaje')

%s2 = sin(2*pi*150*t)+2*sin(2*pi*900*t); % Canal 2

%x = [s1,s2]; % Dos canales

fdesv = 50; % Frecuencia de desviación

mod = fmmod(mens,Fc,Fs,fdesv); % Modulador.

subplot(3,1,2)

plot(t,mod)

grid

title('Señal Modulada en FM')

dem = fmdemod(mod,Fc,Fs,fdesv); % Demodulador.

subplot(3,1,3)

plot(t,dem)

grid

title('Señal Demodulada')

figure;

plot(t,mens,'b-',t,dem,'r-');

legend('Señal Original','Señal Recuperada');

grid

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal demodulada

Señal Original y Demodulada

Diagrama en simulink

Señal Modulada, Señal Mensaje y señal demodulada

Señal Demodulada y mensaje

%%

%Modulación PM

%Luis Fernando Salas Nuñez

%Comunicaciones I

%2012 I

clc

clear all

Fs = 100; % Frecuencia de muestreo

Fc = 10; % Frecuencia de portadora

t = [0:2*Fs+1]'/Fs;

mens = sin(2*pi*t) + sin(4*pi*t);

subplot(3,1,1)

plot(t,mens)

grid

title('Señal Mensaje')

fasedesv = pi/2; % Desviación de fase

mod = pmmod(mens,Fc,Fs,fasedesv); % Modulada

subplot(3,1,2)

plot(t,mod)

grid

title('Señal Modulada en PM')

dem = pmdemod(mod,Fc,Fs,fasedesv); % Demodulada.

subplot(3,1,3)

plot(t,dem)

grid

title('Señal Demodulada')

figure;

plot(t,mens,'k-',t,dem,'g-');

legend('Señal Original','Señal Recuperada');

grid

Conclusiones

·         La modulación por amplitud necesita de una gran potencia para que la señal mensaje llegue al destino sin sufrir grandes modificaciones.

·         La modulación angular necesita menor potencia para transmitir la señal ya que la señal mensaje no se encuentra en la amplitud de la portadora.

·         La frecuencia modulada es el tipo de modulación en el que menos sufre cambios la señal mensaje.

·         La modulación por doble banda lateral es la más sensible a los cambios en la señal mensaje

·         La interferencia electromagnética puede modificar la información depositada en una modulación angular.

·         La señal mensaje se recupera mejor en las simulaciones con simulink que las hechas con código.

·         Las simulaciones con código se aproximan más a lo visto en la vida real.

Descargar Documento, código y simulaciones