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)