Modulacion En Frecuencia
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MODULACION EN FRECUENCIA LABORATORIO 2 F.M
RODOLFO ENRIQUE CHAVEZ SANCHEZ COD. 20101273002 DIEGO ANDRES TORRES TOLOSA COD. 20101273019 ROWINSON FERLY CANTOR ACERO COD. 20101273014
DOCENTE: ING. RICARDO GONZALEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES COMUNICACIONES DIGITALES BOGOTA 2010
INTRODUCCIÓN
El importante desarrollo y avance de las telecomunicaciones ha tenido varios factores para ayudas de su progreso y una de ellas es la modulación de frecuencia, inyectándole dinamismo, popularidad e interés en todo el mundo, dando estímulos a la generación de ambiciosos planes tanto técnicos como empresariales. El inicio de la FM hizo lograr importantes progresos en el cumplimiento del compromiso por parte de las organizaciones mundiales, de expandir la cobertura de las comunicaciones a lo largo del mundo, de tal forma que se garantizó el acceso a la comunicación como un derecho fundamental de todos a un futuro no lejano. La FM fue utilizada en un principio por la radiodifusión para crear canales radiofónicos, a continuación daremos a conocer los diferentes métodos de modulación de frecuencia que han aportado un gran desarrollo a las telecomunicaciones.
MARCO TEORICO
MODULACION EN FRECUENCIA (FM, AFM) Normalmente, la modulación en frecuencia se abrevia como FM o AFM (Advanced Frecuency Modulation). Este tipo de síntesis fue en gran medida el responsable de la gran expansión comercial de los sintetizadores digitales durante la segunda mitad de la década de los 80. Básicamente se trata de controlar la frecuencia de un oscilador de audio por medio de la frecuencia de otro oscilador de audio. Lo más interesante que ofrece este método es la posibilidad de generar una amplia paleta de sonidos con espectros amplios y unos transitorios de ataque muy poderosos y definidos; recuérdese que los primeros sintetizadores FM, como el DX7, popularizaron unos sonidos de piano, campanas y similares muy característicos. Pero, a pesar de que muchos tienden a asociar a los sintetizadores FM con este tipo de sonidos, sus posibilidades de creación sonora van mucho más allá. La síntesis FM fue 'inventada' por John M. Chowning en la universidad de Stanford, y se estuvo utilizando en el entorno musical académico mucho tiempo antes de que Yamaha se fijara en el invento y decidiera comercializarlo. Esta implementación comercial de Yamaha introdujo en esta técnica un gran número de restricciones, pero también alguna ampliación importante, como el uso de la realimentación. El concepto de modulación en frecuencia es muy antiguo pero, en lo que a tareas de síntesis sonora se refiere, podemos encontrarla en diferentes formatos. De entrada la mayoría de los sintetizadores analógicos. O incluso los híbridos digitales/analógicos, son capaces de realizar síntesis FM básica; Sin
embargo, dado que el FM se apoya fundamentalmente en las relaciones de frecuencia entre los osciladores involucrados en el proceso, resulta fundamental que la estabilidad de la afinación sea muy alta. Por otro lado, la síntesis FM se convierte en una herramienta versátil solo cuando se cuenta con varios osciladores con envolventes múltiples para controlar su amplitud; esto hace que su implementación analógica precise de un número demasiado elevado de componentes o módulos, lo que lo hace poco rentable. La solución real y comercialmente viable llegó de la mano de la implementación digital del método, que consiguió Yamaha a través del diseño de unos circuitos integrados que incorporaban todos los elementos necesarios. El FM digital se presenta en diferentes variantes: Dependiendo del número de osciladores (mínimo, obviamente, dos, aunque la mayoría de sintetizadores comerciales utilizan 4 o 6, y algunos han llegado a incorporar hasta 10). Si incorporan o no una envolvente para cada oscilador (algunos de los chips fabricados por Yamaha para su utilización en productos de otras marcas carecían de ella). Las posibilidades de variación en la interconexión de los diferentes osciladores o, como es más conocido, él número de algoritmos y conexiones de modulación y realimentación. ASK: Modulación en Amplitud, Apagado Encendido FSK: Modulación por Desviación de Frecuencia PSK: Modulación por Desviación de Fase
Figura 4, Modulación en Amplitud y Bandas laterales de la Modulación en Amplitud
Radio Frecuencia
Las estaciones de radio de banda de onda larga estándar (540kHz a 1620kHz) utilizan la modulación en amplitud (AM) para transmitir información de audio (voz, música, etc.) en la onda portadora de RF. AM es una mezcla de señales de AF y RF, de manera que las variaciones de amplitud de la señal de AF (modulación) alteran la amplitud de la señal de RF (portadora). La onda modulada de RF tiene la forma simétrica arriba y debajo de la línea de referencia cero. Las frecuencias laterales superior e inferior iguales a la suma y diferencia de las dos frecuencias originales se generan en el proceso de modulación y aparecen en el espectro de frecuencias inmediatamente arriba y debajo de la frecuencia de la portadora. Por ejemplo, si la frecuencia de la portadora es de 1MHz y la frecuencia de modulación es de 1kHz, se producen arriba y debajo de la frecuencia de portadora las frecuencias laterales superior e inferior de 1.001Mhz y 999kHz respectivamente. Si la señal de modulación varía en frecuencia, crea una banda de frecuencias a cada lado de la portadora, conocida como la banda lateral superior y banda lateral inferior. El ancho de banda total de la señal modulada queda determinado por la frecuencia de modulación mas alta y es igual a la suma de las dos bandas laterales. El ancho de canal total de la señal portadora es igual a la frecuencia de portadora más y menos las dos bandas laterales.
Modulación en Frecuencia (FM): La modulación en frecuencia (FM) es el proceso de combinar una señal de AF (Audio Frecuencia) con otra de RF (Radio Frecuencia) en el rango de frecuencias entre 88MHz y 108MHz, tal que la amplitud de la AF varíe la frecuencia de la RF.
Figura 5. Comportamiento Modulación en Frecuencia
Si la señal de modulación varía en frecuencia, no tiene efecto en las excursiones máxima y mínima de la frecuencia de portadora, sino que solo determina la rapidez o lentitud con que ocurren las variaciones en la frecuencia. Es decir, que una frecuencia mas baja de modulación provoca que ocurran variaciones a una tasa más lenta, y una frecuencia mas alta de modulación hace que ocurran a una tasa más rápida. Sin embargo, las variaciones en amplitud de la señal de modulación si afectan las excursiones máxima y mínima de la frecuencia portadora. Una señal de mayor amplitud provoca un mayor cambio en la frecuencia y una señal más pequeña provoca un cambio menor en la frecuencia.
Bandas de Frecuencias: El espectro electromagnético está dividido en bandas de frecuencias de radio enlaces conforme a las normas de los organismos reguladores de las comunicaciones mundiales, los cuales son parte de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Las frecuencias para radiocomunicaciones se definen entre limites bien establecidos y respetados por los diseñadores y usuarios.
CIRCUITO IMPLEMENTADO
IMAGEN
CANAL A
Debido a que se trata de un transmisor FM al medir la señal modulada vemos interferencia de ruido a causa de la impedancia del osciloscopio.
CANAL A y B
Si tomamos la muestra de la señal en el aire vemos de forma más clara la modulación en frecuencia, como se especifica a continuación.
ANALISIS DE RESULTADOS • Al ser un circuito transmisor no se puede medir la señal en el osciloscopio debido a la impedancia del mismo, ocasiona interferencia y hace que se caiga la señal y la transmisión. • En la transmisión de señales FM se puede intercambiar de forma efectiva potencia por ancho de banda de transmisión o lo que es lo mismo se puede mejorar la relación S/N en el receptor sin necesidad de aumentar la potencia de transmisión. • La implementación de una batería a diferencia de una fuente es la calidad de la señal transmitida, es menos ruidosa y hace que solo entre la señal Información. • La frecuencia implementada varió en relación a la carga de la batería, transmitimos a 98.2Mhz, 94.3Mhz y 92.2Mhz, a medida que se iba descargando de 9V a 7.5V. •
Es importante la búsqueda de espacios no ocupados en frecuencia, espacios libres para que no sea difícil la transmisión, tratar de no ocupar emisoras.
CONCLUSIONES
•
El ancho de banda teórico de una señal modulada en FM es infinito.
•
FM presentó otras ventajas distintas con respecto a la modulación de amplitud pero no una reducción en el ancho de banda.
•
La modulación FM es inmune a las no linealidades. Las no linealidades en este caso generan ondas moduladas con portadoras múltiplos de la original.
•
Permite diseñar multiplicadores de frecuencia (generadores de ondas FM con portadora múltiplo de la original) a partir de sencillos elementos no lineales.
•
Hay que tener cuidado con el corrimiento de fase o con la distorsión por retardo. La batería 9v introduce menos ruido.
•
La modulación FM tiene características superiores de reducción de ruido que la PM para modulación de tono y para señales que tienen su espectro concentrado en las frecuencias más altas
BIBLIOGRAFIA
• • •
Sistemas de comunicaciones electrónicas, TOMASI WAYNE Sistemas de comunicación, CARLSON BRUCE Curso redes LAN inalámbricas, NFC ELECTRÓNICA FUENTES DE INTERNET
INFOGRAFIA
• •
•
http://www.elo.utfsm.cl/~elo341/clases/ComDig16.pdf http://www.elo.utfsm.cl/~elo346/oldfiles/Rapcap8a.ppt http://info.pue.udlap.mx/~tesis/udlap/lem/martinez_n_je/capitulo4.pdf
RODOLFO ENRIQUE CHAVEZ SANCHEZ COD. 20101273002 DIEGO ANDRES TORRES TOLOSA COD. 20101273019 ROWINSON FERLY CANTOR ACERO COD. 20101273014
DOCENTE: ING. RICARDO GONZALEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS” FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES COMUNICACIONES DIGITALES BOGOTA 2010
INTRODUCCIÓN
El importante desarrollo y avance de las telecomunicaciones ha tenido varios factores para ayudas de su progreso y una de ellas es la modulación de frecuencia, inyectándole dinamismo, popularidad e interés en todo el mundo, dando estímulos a la generación de ambiciosos planes tanto técnicos como empresariales. El inicio de la FM hizo lograr importantes progresos en el cumplimiento del compromiso por parte de las organizaciones mundiales, de expandir la cobertura de las comunicaciones a lo largo del mundo, de tal forma que se garantizó el acceso a la comunicación como un derecho fundamental de todos a un futuro no lejano. La FM fue utilizada en un principio por la radiodifusión para crear canales radiofónicos, a continuación daremos a conocer los diferentes métodos de modulación de frecuencia que han aportado un gran desarrollo a las telecomunicaciones.
MARCO TEORICO
MODULACION EN FRECUENCIA (FM, AFM) Normalmente, la modulación en frecuencia se abrevia como FM o AFM (Advanced Frecuency Modulation). Este tipo de síntesis fue en gran medida el responsable de la gran expansión comercial de los sintetizadores digitales durante la segunda mitad de la década de los 80. Básicamente se trata de controlar la frecuencia de un oscilador de audio por medio de la frecuencia de otro oscilador de audio. Lo más interesante que ofrece este método es la posibilidad de generar una amplia paleta de sonidos con espectros amplios y unos transitorios de ataque muy poderosos y definidos; recuérdese que los primeros sintetizadores FM, como el DX7, popularizaron unos sonidos de piano, campanas y similares muy característicos. Pero, a pesar de que muchos tienden a asociar a los sintetizadores FM con este tipo de sonidos, sus posibilidades de creación sonora van mucho más allá. La síntesis FM fue 'inventada' por John M. Chowning en la universidad de Stanford, y se estuvo utilizando en el entorno musical académico mucho tiempo antes de que Yamaha se fijara en el invento y decidiera comercializarlo. Esta implementación comercial de Yamaha introdujo en esta técnica un gran número de restricciones, pero también alguna ampliación importante, como el uso de la realimentación. El concepto de modulación en frecuencia es muy antiguo pero, en lo que a tareas de síntesis sonora se refiere, podemos encontrarla en diferentes formatos. De entrada la mayoría de los sintetizadores analógicos. O incluso los híbridos digitales/analógicos, son capaces de realizar síntesis FM básica; Sin
embargo, dado que el FM se apoya fundamentalmente en las relaciones de frecuencia entre los osciladores involucrados en el proceso, resulta fundamental que la estabilidad de la afinación sea muy alta. Por otro lado, la síntesis FM se convierte en una herramienta versátil solo cuando se cuenta con varios osciladores con envolventes múltiples para controlar su amplitud; esto hace que su implementación analógica precise de un número demasiado elevado de componentes o módulos, lo que lo hace poco rentable. La solución real y comercialmente viable llegó de la mano de la implementación digital del método, que consiguió Yamaha a través del diseño de unos circuitos integrados que incorporaban todos los elementos necesarios. El FM digital se presenta en diferentes variantes: Dependiendo del número de osciladores (mínimo, obviamente, dos, aunque la mayoría de sintetizadores comerciales utilizan 4 o 6, y algunos han llegado a incorporar hasta 10). Si incorporan o no una envolvente para cada oscilador (algunos de los chips fabricados por Yamaha para su utilización en productos de otras marcas carecían de ella). Las posibilidades de variación en la interconexión de los diferentes osciladores o, como es más conocido, él número de algoritmos y conexiones de modulación y realimentación. ASK: Modulación en Amplitud, Apagado Encendido FSK: Modulación por Desviación de Frecuencia PSK: Modulación por Desviación de Fase
Figura 4, Modulación en Amplitud y Bandas laterales de la Modulación en Amplitud
Radio Frecuencia
Las estaciones de radio de banda de onda larga estándar (540kHz a 1620kHz) utilizan la modulación en amplitud (AM) para transmitir información de audio (voz, música, etc.) en la onda portadora de RF. AM es una mezcla de señales de AF y RF, de manera que las variaciones de amplitud de la señal de AF (modulación) alteran la amplitud de la señal de RF (portadora). La onda modulada de RF tiene la forma simétrica arriba y debajo de la línea de referencia cero. Las frecuencias laterales superior e inferior iguales a la suma y diferencia de las dos frecuencias originales se generan en el proceso de modulación y aparecen en el espectro de frecuencias inmediatamente arriba y debajo de la frecuencia de la portadora. Por ejemplo, si la frecuencia de la portadora es de 1MHz y la frecuencia de modulación es de 1kHz, se producen arriba y debajo de la frecuencia de portadora las frecuencias laterales superior e inferior de 1.001Mhz y 999kHz respectivamente. Si la señal de modulación varía en frecuencia, crea una banda de frecuencias a cada lado de la portadora, conocida como la banda lateral superior y banda lateral inferior. El ancho de banda total de la señal modulada queda determinado por la frecuencia de modulación mas alta y es igual a la suma de las dos bandas laterales. El ancho de canal total de la señal portadora es igual a la frecuencia de portadora más y menos las dos bandas laterales.
Modulación en Frecuencia (FM): La modulación en frecuencia (FM) es el proceso de combinar una señal de AF (Audio Frecuencia) con otra de RF (Radio Frecuencia) en el rango de frecuencias entre 88MHz y 108MHz, tal que la amplitud de la AF varíe la frecuencia de la RF.
Figura 5. Comportamiento Modulación en Frecuencia
Si la señal de modulación varía en frecuencia, no tiene efecto en las excursiones máxima y mínima de la frecuencia de portadora, sino que solo determina la rapidez o lentitud con que ocurren las variaciones en la frecuencia. Es decir, que una frecuencia mas baja de modulación provoca que ocurran variaciones a una tasa más lenta, y una frecuencia mas alta de modulación hace que ocurran a una tasa más rápida. Sin embargo, las variaciones en amplitud de la señal de modulación si afectan las excursiones máxima y mínima de la frecuencia portadora. Una señal de mayor amplitud provoca un mayor cambio en la frecuencia y una señal más pequeña provoca un cambio menor en la frecuencia.
Bandas de Frecuencias: El espectro electromagnético está dividido en bandas de frecuencias de radio enlaces conforme a las normas de los organismos reguladores de las comunicaciones mundiales, los cuales son parte de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT). Las frecuencias para radiocomunicaciones se definen entre limites bien establecidos y respetados por los diseñadores y usuarios.
CIRCUITO IMPLEMENTADO
IMAGEN
CANAL A
Debido a que se trata de un transmisor FM al medir la señal modulada vemos interferencia de ruido a causa de la impedancia del osciloscopio.
CANAL A y B
Si tomamos la muestra de la señal en el aire vemos de forma más clara la modulación en frecuencia, como se especifica a continuación.
ANALISIS DE RESULTADOS • Al ser un circuito transmisor no se puede medir la señal en el osciloscopio debido a la impedancia del mismo, ocasiona interferencia y hace que se caiga la señal y la transmisión. • En la transmisión de señales FM se puede intercambiar de forma efectiva potencia por ancho de banda de transmisión o lo que es lo mismo se puede mejorar la relación S/N en el receptor sin necesidad de aumentar la potencia de transmisión. • La implementación de una batería a diferencia de una fuente es la calidad de la señal transmitida, es menos ruidosa y hace que solo entre la señal Información. • La frecuencia implementada varió en relación a la carga de la batería, transmitimos a 98.2Mhz, 94.3Mhz y 92.2Mhz, a medida que se iba descargando de 9V a 7.5V. •
Es importante la búsqueda de espacios no ocupados en frecuencia, espacios libres para que no sea difícil la transmisión, tratar de no ocupar emisoras.
CONCLUSIONES
•
El ancho de banda teórico de una señal modulada en FM es infinito.
•
FM presentó otras ventajas distintas con respecto a la modulación de amplitud pero no una reducción en el ancho de banda.
•
La modulación FM es inmune a las no linealidades. Las no linealidades en este caso generan ondas moduladas con portadoras múltiplos de la original.
•
Permite diseñar multiplicadores de frecuencia (generadores de ondas FM con portadora múltiplo de la original) a partir de sencillos elementos no lineales.
•
Hay que tener cuidado con el corrimiento de fase o con la distorsión por retardo. La batería 9v introduce menos ruido.
•
La modulación FM tiene características superiores de reducción de ruido que la PM para modulación de tono y para señales que tienen su espectro concentrado en las frecuencias más altas
BIBLIOGRAFIA
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Sistemas de comunicaciones electrónicas, TOMASI WAYNE Sistemas de comunicación, CARLSON BRUCE Curso redes LAN inalámbricas, NFC ELECTRÓNICA FUENTES DE INTERNET
INFOGRAFIA
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http://www.elo.utfsm.cl/~elo341/clases/ComDig16.pdf http://www.elo.utfsm.cl/~elo346/oldfiles/Rapcap8a.ppt http://info.pue.udlap.mx/~tesis/udlap/lem/martinez_n_je/capitulo4.pdf
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