4 am II sel0360
am I 1 modulação em amplitude parte I marcelo bj
am I 2
Modulação em amplitude com portadora suprimida - AMDSB-SC
Como já foi comentado, a portadora c(t) que transporta a informação, é completamente independente do sinal de informação m(t).
sua transmissão representa um gasto inútil de potência.
•por exemplo, na modulação AMDSB mais de 50% da potência é desperdiçado na transmissão da portadora,
•para eliminar esta desvantagem podemos suprimir a portadora,
•a técnica é chamada de modulação em amplitude com portadora suprimida - AMDSB-SC.
Neste tipo de modulação o sinal modulado é igual ao produto do sinal da portadora pelo sinal na banda base, isto é, o sinal mensagem, isto é, marcelo bj
am I 3 inversão de fase
A envoltória da portadora (parte positiva) não mais representa o sinal mensagem.
A equação que descreve o sinal AMDSB-SC no tempo é dada por:
No domínio do tempo a modulação AMDSB-SC pode ser graficamente representada como abaixo:
sinal modulante portadora sinal AMDSB-SC marcelo bj
am I 4
Espectro de amplitude ffMA ffMA fS f W - W
S(f) fc f fc + W fc - W - fc
Largura de faixa: Bw = 2 W não aparecem as raias correspondentes à portadora (portadora suprimida)
Utilizando o teorema da modulação é fácil mostrar que o espectro de amplitude do sinal AMDSB-SC é dado por:
marcelo bj
am I 5
Modulação por um único tom ts mc cm mc cm
Sejam os sinais modulante [ m(t) ] e a portadora [ c(t) ] dados por:
Como a equação que descreve a modulação em amplitude com portadora suprimida é o produto de m(t) por c(t), então:
Desenvolvendo a equação acima:
Observe que na equação acima aparece somente o sinal modulante deslocado em torno de ±fc, a portadora não está presente na equação.
marcelo bj
am I 6
A potência total é a potência das bandas laterais:
cmcmcm T
Espectro unilateral de amplitude e de potência
A cm
A cm fC fC fC+fm fC+fm fC-fm fC-fm
•A potência está contida somente nas bandas laterais,
•Economiza potência em relação ao AMDSB. marcelo bj am I 7
Modulador balanceado
Modulador AM
Modulador AM e(t) e1(t) e2(t) m(t)
Accos(2 fCt) +
Pode-se gerar a modulação AMDSB-SC através de dois moduladores AM idênticos, conforme o esquema abaixo:
marcelo bj
am I 8
Elemento não linear
Elemento não linear e(t) i1(t) i2(t) m(t) m(t) +
ACcos2 fCt ~
- FPBn
Admitindo o modulador AM como um elemento não linear com lei quadrática, a relação entre entrada e saída é dada por:
analisando figura acima, as tensões v1 e v2 são dadas por:
marcelo bj
am I 9 ccs tfcostmBRAtARmtv
1 2 tmtfcosABtmtfcosAAi c
21 iiRtvS
2 2 tmtfcosABtmtfcosAAi c
Assim, as correntes i1 e i2 são:
Como a tensão na entrada do filtro passa-banda é: Então:
Na saída do filtro passa-banda tem-se o sinal AMDSB-SC.
marcelo bj am I 10
Versão prática do modulador:
Os diodos trabalham como elementos não lineares (chaveamento ou dispositivo com lei quadrática).
A subtração das correntes é realizada no primário do transformador de saída.
~ m(t) e(t) cos(wct) marcelo bj am I 1
Modulador em anel
~ A B m(t) e(t) e(t) FPBn AMDSB-SC
VA > VB VA < VB m(t) - m(t) m(t) m(t) marcelo bj am I 12
Modulador série
VA > VB VA < VB m(t) ~ m(t) e(t) e(t) FPBn AMDSB-SC
Modulador em ponte e(t)
FPBn AMDSB-SC marcelo bj am I 13
Comparação entre os sistemas: AMDSB e AMDSB-SC
Sinal de informação portadora M(f)
S(f) fc fc + W fc - W - fc
S(f) fc fc + W fc - W - fc marcelo bj
am I 14
Demoduladores AMDSB-SC Demodulação: É o processo de se extrair o sinal de informação da portadora de RF modulada. Detector de produto:
FPBx tfcostmAts c
A c twtmA tm twtwtmAts c c
A c
Após o FPBx
Necessidade de sincronismo de frequência e de fase. •uso de detector coerente,
•necessidade de transmissão de informação da portadora. marcelo bj am I 15 Costas loop marcelo bj 15
Facilita a aquisição da portadora e consequente demodulação do sinal mensagem.
utilizado tanto em comunicação analógica como digital.
Emprega os “circuitos com malha travada” (phase locked loop - PLL) para recuperar a portadora.
utiliza dois circuitos PLL.
os sinais de controle nas entradas dos multiplicadores estão em quadratura.
as saídas dos multiplicadores, xI(t) e xQ(t) contêm um sinal de frequência baixa proporcional ao erro de fase entre os sinais de entrada e do VCO.
este sinal de erro controla a frequência do VCO.
operando no modo de malha travada o sinal do VCO tem a mesma frequência do sinal de entrada.
am I 16 diagrama de blocos X
FPBx
FPBx
FPBx de faixa estreita xI(t) yI(t) v1(t) v0(t) xQ(t) yQ(t)
nas saídas dos multiplicadores:
ioooiQ twsensen marcelo bj
am I 17 marcelo bj
nas saídas dos filtros passa-baixa:
oiQ sen
se a frequência do VCO é exatamente igual à frequência de entrada, então o erro de fase é nulo.
tmtm
sen tm ty Q sinal demodulado
am I 18
Modulação em quadratura
Modulador Balanceado
Modulador Balanceado e(t) eI(t) eQ(t) a(t) cos(2 fCt) ~ 90o
Detector
Detector e(t) eI(t) eQ(t) sI(t) sQ(t)
FPBx
FPBx
tfsentbte tftate marcelo bj am I 19
Modulação com banda lateral única – SSB-SC
Somente uma das bandas laterais (superior ou inferior) é utilizada para transmissão.
Ela pode ser obtida através da modulação AMDSB-SC através da eliminação de uma das bandas laterais por meio de filtros.
fc f f
Observe que a banda lateral inferior é uma réplica da superior.
Assim, somente uma das bandas é transmitida nos sistemas SSB.
A largura de banda utilizada é a metade dos sistemas AMDSB.
A portadora também é suprimida.
Descrições do sinal SSB: no domínio da frequência.
no domínio do tempo (difícil).
para facilidade: modulação por um único tom.
marcelo bj
am I 20
Modulação por um único tom
Espectro unilateral de amplitude e de potência (SSB superior) f f
A cm fC fC fC+fm fC+fm ts mc cm mc cm ts mc cm mc cm marcelo bj am I 21
SC amp ampl FI conv freqq FPBN
| 455.3 458 k 6087 6089,7 | 7000,3 7003 |
0.3 3 kHz 455,3 458 452 454.7 455 k 6545 k
Diagrama em blocos de um transmissor para SSB
| 455,3 | 458 452 454.7 |
| 6087 | 6089,7 7000,3 7003 |
600 Hz
910.6 kHz
| mecânicos, |
Filtros bem seletivos:
fc = 7 MHz marcelo bj
am I 2
Modulação SSB por deslocamento de fase A modulação SSB pode ser descrita pela seguinte equação:
- → SSB com banda lateral superior. + → SSB com banda lateral inferior.
| • | é a transformada de Hilbert de m(t) tmˆ |
A transformada de Hilbert, fisicamente, corresponde ao deslocamento de todas as componentes de frequência de m(t) por π/2 radianos.
O diagrama de blocos na próxima página pode ser utilizado pra gerar o sinal SSB.
marcelo bj
am I 23
Modulador SSB por deslocamento de fase modulador balanceado modulador balanceado s(t) e1(t) e2(t) m(t) cos(2 fCt) ~
| - | => SSB com banda lateral superior |
+ => SSB com banda lateral inferior marcelo bj
am I 24
Diagrama em blocos de um receptor SSB
Mist. Amp.
Amp.
Mist. Filtro P.
Banda
0.3 3 kHz
455,3 458 452 454.7 455 k 455.3 458 k
| 7000,3 | 7003 |
áudio 455.3 458 k
Demodulação: o processo detecção do sinal SSB é o mesmo do sistema AMDSB-SC, isto é, utiliza-se um detector de produto.
marcelo bj
am I 25
Detector de produto twtwwAts mcm coscosapós o FPBx
telefonia: multiplexação por divisão de frequência
Vantagens sobre AM convencional: economia de potência na transmissão,
menor largura de faixa,
| Desvantagens: custo (circuitos complexos, | ) |
menor ruído, marcelo bj am I 26
Vantagens do sistema SSB sobre o AM convencional Economia na potência de transmissão:
Menor transmissão de potência pela eliminação da portadora e de uma das bandas laterais.
Importante em comunicações móveis. Largura de faixa:
BwSSB = ½ BwDSB (possibilidade de dobrar o número de canais). Ruído:
Quanto menor a largura de faixa, menor a potência de ruído introduzida.
Desvantagens: Circuitos mais complexos.
Frequências estáveis.
•Portanto apresenta custo maior marcelo bj am I 27
Multiplexação por divisão da frequência - FDM Multiplexagem:
técnica utilizada para combinar diversos sinais independentes para formar um único sinal.
Tipos: FDM: multiplexação por divisão da frequência.
TDM: multiplexação por divisão do tempo.
•TDM: empregado em telefonia digital.
FDM: empregado em telefonia analógica
canal de voz: 300 a 3400 Hz
• largura de faixa nominal de ocupação: 4 KHz
tipo de modulação:
• SSB: para alocar o número máximo de canais dentro da largura de faixa disponível pelo sistema.
• possibilidade de se chegar a 10800 canais multiplexados.
0 - 4 KHz marcelo bj
am I 28 marcelo bj f W
W f
Transmite vários sinais (canais) através do mesmo meio (linha) de transmissão,
cada sinal ocupa uma banda diferente no espectro de frequência,
utiliza modulação AM – SSB.
fdm
0 - 4 KHz am I 29 fdm transmissor e receptor SSB
Amp. FPBx FPBN
| 0 | 4 kHz 12 16 kHz |
12 kHz
| 0 | 4 kHz 12 16 kHz |
FPBN Mist. FPBX 12 kHz transmissor receptor marcelo bj am I 30
FDM para quatro canais voz 0 - 4 kHz
SSB 12 kHz
SSB 16 kHz
SSB 20 kHz
SSB 24 kHz
| 12 | 16 20 24 28 kHz |
voz 0 - 4 kHz
FPBn 12 - 16 k
FPBn 16 - 20k
FPBn 20 - 24 k
FPBn 24 - 28 k
Det.
Det.
Det. Det.
marcelo bj
am I 31
| 0 | - 4 kHz |
Pré- grupo básico de 6 canais
| 12 | 16 20 24 28 32 36 kHz |
| 60 | 84 108 kHz |
Portadoras em 96 e 120 kHz
Super grupo básico de 60 canais = Cinco grupos básicos Na faixa entre 312 e 552 kHz
Pode-se chegar a 10800 canais.
Formação do sistema FDM marcelo bj am I 32
Modulação com banda lateral vestigial - AMVSB
Aplicação: Quando o sinal de informação contém componentes com frequências extremamente baixas.
exemplos: sinais de vídeo e telegráficos.
Neste caso a modulação SSB não é apropriada por causa da dificuldade em se isolar uma das bandas laterais.
Solução:
utilizar um tipo de modulação intermediária entre a SSB e a DSB → VSB,
na modulação VSB uma das bandas laterais é transmitida integralmente e somente uma parte da outra (vestígio) é transmitida.
Geração: por processo de filtragem. Espectro de Amplitude da modulação AMVSB.
marcelo bj am I 3 fc
VSB f f fc fc espectro de amplitude da modulação AM-VSB.
marcelo bj vestígio
am I 34
Aplicação da modulação AM-VSB em televisão
Para a transmissão de imagem com boa qualidade é necessária uma faixa de 4,2 MHz para as informações de vídeo.
Se a modulação da portadora for em AM-DSB a largura de faixa resultante para o sinal modulado será de 8,4 MHz, não permitindo a instalação de muitas emissoras de TV.
Para se conseguir uma faixa menor o sinal de vídeo é transmitido em AM-VSB fC- f1 fC+ fM fC fC+ f1
Amp. Faixa lateral superior inteira
Vestígio da faixa lateral inferior
FI FI +f1 FI - f1 transmissão recepção (FI) marcelo bj
am I 35
AM-VSB em televisão Considerando que o receptor esteja sintonizando o canal 4
Amp.
f (MHz)
41 P V P S
Filtro e Amp. RF
Misturador
Oscil. local
Seletor de canais fosc = 113,0 MHz
No misturador ocorre: 113,0 – 67,25 = 45,75 MHz
113,0 – 71,75 = 41,25 MHz
113,0 – 68,0 = 45,0 MHz 113,0 – 6,50 = 46,50 MHz marcelo bj
am I 36
AM-VSB em televisão f (MHz)
Disposição de frequências na saída do seletor na faixa de 41 a 47 MHz
Resposta que o estágio de FI deve apresentar
Amplitude relativa f (MHz) marcelo bj am I 37 resumo: formas de modulação em amplitude Radio difusão comercial
Mux FM - cor TV
TV fc f f marcelo bj am I 38 apêndice marcelo bj
am I 39
circuito de banda larga para produzir uma variação de fase constante de 90º para a geração da modulação SSB.
Este circuito é projetado para ser uma rede passa-tudo, com banda passante entre w1 e w2.
•w2 = 1/R2C2 é a frequência de corte superior.
•w1 é estabelecida pelas outras constantes de tempo.
marcelo bj deslocador de fase para SSB
am I marcelo bj 40
Costas loop
ioooiooioQ twsensen
nas saídas dos multiplicadores tem-se o produto do sinal modulado pelas saídas do VCO (em fase (I) e em quadratura (Q)):
na entrada do filtro de faixa estreita tem-se o produto dos dois sinais nas saídas dos filtros passa-baixa dos multiplicadores:
1 sensen
am I 41
na saída do filtro de faixa estreita / entrada do VCO:
como o erro de fase é muito pequeno, então, sinal de controle do vco (erro de fase) marcelo bj
FPBx
FPBx
FPBx de faixa estreita xI(t) yI(t) v1(t) v0(t) xQ(t) yQ(t)