Este documento describe la modulación por amplitud (AM) y la multiplexación por división de frecuencia (FDM). Explica cómo la AM representa una señal moduladora en los dominios del tiempo y la frecuencia y cómo calcular el ancho de banda de la señal AM. También describe los procesos de FDM, como la división del ancho de banda de un enlace en canales individuales mediante la modulación de frecuencias portadoras distintas, y sus aplicaciones en la telefonía, radio y televisión.

1. MEZCLADOR Y FDM
Contenido
1.- AM en el dominio del tiempo.
2.- AM en el dominio de la frecuencia.
3.- Ancho de banda de la señal AM.
4.- Distribución de potencia de
la señal AM.
5.- Tipos de transmisión AM.
Objetivo.- Al finalizar el tema, el estudiante será capaz de representar una
señal AM en los dominios del tiempo y de la frecuencia, calcular su ancho de
banda y explicar porqué éste es un factor importante en un sistema de
comunicación. Calcular la potencia y el voltaje para una señal AM y para cada
uno de sus componentes.
Última modificación:
1 de agosto de 2010
Tema 3 de:
COMUNICACIONES ANALÓGICAS
Edison Coimbra G.
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2. 1.- AM en el dominio del tiempo
Señal
moduladora
vm
E m sen ω m t
vc
E c sen ω c t
Señal portadora
Señal AM
v AM
Ec
v m sen ω c t
v AM
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m
Em
E m sen ω m t sen ω c t
v AM
Índice de
modulación
Ec
Ec 1
m sen ω m t sen ω c t
Ecuación AM
Ec
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3. Formas de onda y espectro en AM
Portadora única no modulada en el dominio del tiempo y de la frecuencia.
Portadora modulada con un tono senoidal.
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4. 2.- AM en el dominio de la frecuencia
Hasta el momento, se ha visto la señal AM en el dominio del tiempo, es decir, cómo se ve en un
osciloscopio. A fin de indagar más acerca de ella, es necesario considerar su contenido espectral.
Podría usarse el análisis de Fourier, pero para una forma de onda simple de AM es más fácil y válido
usar trigonometría.
v AM
Ec 1
m sen ω m t sen ω c t
v AM
E c sen ω c t
Portadora
v AM
E c sen ω c t
mE c
2
cos ( ω c
ω m )t
mE c
2
cos ( ω c
mE c sen ω m t sen ω c t
Se resuelve con identidades
trigonométricas:
ω m )t
Vpico
fc + fm = frecuencia de la banda lateral superior.
fc – fm = frecuencia de la banda lateral inferior.
─
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f
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5. 3.- Ancho de banda de la señal AM
El ancho de banda de una señal es el rango
de frecuencias contenido en ella.
BW
BW
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2 f m Max .
Para una señal AM, se calcula de
acuerdo al siguiente ejemplo:
B
W
BW = ancho de banda de la señal AM, en Hz.
fm Máx.= frecuencia moduladora más alta, en Hz.
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6. 5.- Tipos de transmisión AM
La AM convencional es simple, pero no es una modulación eficiente en términos del BW o de la
relación S/N.
El BW de la transmisión es 2×fmMáx. . Hay 2 bandas laterales que contienen la misma
información.
2/3 ó más de la potencia transmitida se encuentra en la portadora, que no contiene
información.
Está claro que la AM contiene componentes innecesarios. Esto es aprovechado para optimizar el
uso de BW y ahorro en potencia, por ello se tienen tres variantes.
1
2
3
Transmisión DSB-FC (Double Side Band Full Carrier). Se transmiten las 2 bandas y la
portadora. La potencia de la portadora no se desperdicia, permite el uso de circuitos de
demodulación baratos y sencillos en el receptor.
Transmisión DSB-SC (Double Side Band Supressed Carrier). Se suprime la potadora y se
transmiten las 2 bandas. Eliminar la portadora permite que toda la potencia del transmisor se
destine a las bandas laterales, incrementando sustancial su potencia. El BW es similar al de
DSB-FC. Es utilizada por las estaciones de radio comerciales.
Transmisión SSB-SC (Single Side Band Supressed Carrier). Se transmite sólo una de las
bandas, eliminando la otra y la portadora. Dispone de toda la potencia del transmisor o, si se
prefiere, se necesita menos potencia para la transmisión, porque se ahorra la
correspondiente a la portadora y a la otra banda. Sólo se necesita la mitad de BW que en
DSB. Se utiliza en telefonía.
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7. Formas de onda con portadora completa y suprimida.
Portadora completa
Portadora suprimida
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8. Mezclador balanceado para AM con portadora suprimida.
Un mezclador balanceado es aquel en el que las frecuencias de entrada no aparecen en la salida.
Las únicas frecuencias que se producen son la suma y la diferencia de las frecuencias de
entrada.
Mezclador balanceado o modulador equilibrado de
circuito integrado (Motorola).
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FIN
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9. MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN
DE FRECUENCIA FDM
Contenido
1.- Introducción.
2.- Procesos en FDM.
3.- Jerarquía de multiplexación analógica.
4.- Aplicaciones de FDM.
Objetivo.- Al finalizar el tema, el estudiante será capaz de describir el
proceso de multiplexación por división de frecuencia FDM utilizado para combinar
señales analógicas y explicar sus aplicaciones en los sistemas de telefonía y
radiodifusión.
Tema 5 de:
Última modificación:
12 de agosto 2010
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COMUNICACIONES ANALÓGICAS
Edison Coimbra G.
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10. 1.- Introducción
La tecnología actual incluye medios de gran ancho de banda (BW), como el cable coaxial, la fibra
óptica y las microondas terrestre y satelital. Cualquiera de estos medios tiene una capacidad que
sobrepasa las necesidades medias para transmitir una señal.
Para optimizar la utilización del medio de transmisión, se ha desarrollado la multiplexación, que es
un conjunto de técnicas que permite la transmisión simultanea de múltiples señales a través de un
único enlace.
Los dispositivos de
entrada envían sus flujos
de transmisión a un
MUX, que los combina
en un único flujo.
El enlace es el camino físico. El canal es una porción de camino que
lleva una transmisión entre dos dispositivos.
En el receptor, el flujo se
introduce en un DEMUX, que
separa los flujos componentes
y los dirige a sus
correspondientes receptores.
Existen tres técnicas
básicas de
multiplexación:
FDM, WDM y TDM.
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11. 2.- Procesos en FDM
Proceso de multiplexación
FDM es una técnica analógica que se puede aplicar
cuando el BW de un enlace es mayor que los BW
combinados de las señales a transmitir.
Cada fuente genera una señal con un rango
de frecuencia similar. Dentro del MUX, estas
señales similares se modulan sobre
distintas frecuencias portadoras (f1, f2 y f3).
Las señales moduladas resultantes se
combinan en una única señal compuesta
que se envía sobre un enlace que tiene BW
suficiente para acomodarlas.
Proceso de demultiplexación
El DEMUX usa filtros para
descomponer la señal multiplexada en
las señales componentes que la
constituyen.
Las señales individuales se pasan
después a un demodulador que las
separa de sus portadoras y las pasa a
líneas de salida.
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12. FDM en el dominio de la frecuencia
Se puede considerar a FDM como una técnica de multiplexación analógica; sin embargo, esto no
significa que FDM no se pueda utilizar para combinar fuentes que envían señales digitales. Una
señal digital se puede convertir a una señal analógica antes de que FDM se utilice para
multiplexarlas.
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13. Ejemplo 1. FDM en telefonía
Asuma que el canal de voz ocupa un BW = 4 kHz. Se necesita combinar 3 canales de voz en un
enlace que tiene un BW = 12 kHz, entre 20 y 32 kHz. Muestre la configuración usando el dominio de
la frecuencia, sin bandas de guarda.
Respuesta.-
1
Se desplaza (modula)
cada canal de voz a un
BW diferente. Se utiliza el
BW de 20 a 24 kHz para el
primero, de 24 a 28 kHz
para el segundo y el de 28
a 32 kHz para el tercero.
2
Se combinan las señales
moduladas.
3
En el receptor, cada canal
recibe la señal entera y
utiliza un filtro para
separar su propia señal.
El primero utiliza un filtro
que pasa las frecuencias
entre 20 y 24 kHz y
descarta las restantes,…
y así sucesivamente.
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Cada canal a continuación desplaza la
frecuencia para que comience en cero.
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14. Ejemplo 2. FDM en radioenlaces
Se multiplexan cinco canales de radio, cada uno
con un BW de 100 kHz. ¿Cuál es el BW del
enlace si se necesita una banda de guarda de 10
kHz entre los canales para evitar interferencias?
Respuesta.Ejemplo 3. FDM en enlaces satelitales
Para 4 canales de datos (digitales), cada uno transmitiendo a 1 Mbps, se utiliza un canal de satélite
de 1 MHz. Diseñe una configuración apropiada utilizando FDM.
Respuesta.El canal de satélite es analógico. Se divide
en 4 canales, cada uno de 250 kHz de BW.
Cada canal digital de 1 Mbps es modulado
de forma que 4 bits se modulen a 1 Hz. Una
solución es utilizar la modulación 16-QAM.
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15. 4.- Aplicaciones de FDM
En radiodifusión AM y FM
Una aplicación muy común es la radiodifusión AM y FM. La
radio utiliza el aire como medio de transmisión.
Una banda comprendida entre 530 y
1.700 kHz se asigna a la radio AM.
Cada estación necesita 10 kHz de BW
y utiliza una frecuencia portadora
diferente, lo que significa el
desplazamiento de su señal y la
multiplexación.
La señal que viaja por el aire es una
combinación de señales. Un receptor
recibe todas las señales, pero filtra
(mediante la sintonización) sólo la que
desea.
Una situación similar ocurre
en FM. Sin embargo, FM
tiene una banda más amplia
de 88 a 108 MHz debido a
que cada estación necesita
200 kHz de BW.
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16. Otras aplicaciones de FDM
Otro uso común de FDM es la difusión de la televisión. Cada canal de TV tiene su propio ancho
de banda de 6 MHz.
La 1G de teléfonos móviles utiliza FDM. A cada usuario se asigna 2 canales de 30 kHz, uno para
enviar voz y el otro para recibir. La señal de voz (BW=3 kHz), se modula utilizando FM, lo cual
resulta en un canal con un BW=10×3 kHz=30KHz. Por tanto, cada usuario recibe de la estación
base un BW=60 kHz en un rango disponible cada vez que se realiza una llamada.
Ejemplo 4. FDM en telefonía móvil 1G
El sistema de telefónos moviles avanzado (AMPS) utiliza 2 bandas. La primera de 824 a 849 MHz se
utiliza para el envío, y la de 869 a 894 MHz para la recepción. Cada usuario tiene un BW=30kHz en
cada dirección. La voz de 3 kHz se modula utilizando FM, que crea una señal modulada de 30 kHz.
¿Cuánta gente puede utilizar sus teléfonos móviles simultáneamente?
Respuesta.- Cada banda es de 25 MHz. Si se divide 25 MHz entre 30 KHz, se obtiene 833,33. En
realidad, la banda se divide en 832 canales. De estos, 42 se utilizan para control, lo que
significa que sólo 790 canales están disponibles para los usuarios.
Implementación
FIN
FDM se implementa fácilmente. En la radio o la televisión, no hay necesidad de un MUX o DEMUX
físico; siempre que las estaciones transmitan utilizando diferentes frecuencias portadoras.
En telefonía móvil, se necesita una estación base para asignar la frecuencia portadora al usuario.
No hay suficiente BW en una celda para asignar BW a cada usuario. Cuando un usuario cuelga, su
BW es asignado a otro. Se denomina FDMA.
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