modulación analógica (am-fm) cx eléctricas 2011 e.tapia

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Modulación Analógica (AM- FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

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Page 1: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Modulación Analógica (AM-FM)

CX Eléctricas 2011

E.Tapia

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As can be seen from the diagram, UMTS FDD is designed to operate in paired frequency bands, with uplink in the 1920-1980 MHz band, and downlink in the 2110-2170 MHz band. UMTS TDD is left with the unpaired frequency bands 1900-1920 MHz, and 2010-2025 MHz. 

UMTS

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Banda de Retorno y aspectos Banda de Retorno y aspectos

RelacionadosRelacionados3

450450

Pre

miu

mP

rem

ium

Dig

ital

izad

os

Dig

ital

izad

os

550550 750750

Bás

ico

sB

ásic

os

Dig

ital

izad

os

Dig

ital

izad

os

5454

64 Qam64 Qam 64 Qam64 Qam

Espectro Banda de Directa

424255

Espectro Banda de Retorno

CM 64 QamCM 64 Qam

Básicos Analógicos

DOCSIS - BANDA DE RETORNO:DOCSIS - BANDA DE RETORNO:

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Banda de Retorno y aspectos Banda de Retorno y aspectos

RelacionadosRelacionados4

5 10 15 20 25 30 35 40

Frecuencia en MHz

TELEMETRÍA ( CHEETAH) 7,5 MHz

WEB TV (ENSAYOS) 8,9 MHz

Distribución de servicios en la banda de retorno ( 5- 42 MHz) Distribución de servicios en la banda de retorno ( 5- 42 MHz)

SET-TOP-BOX (ACC4000) 10,7 MHz

TELEFONIA ( ENSAYOS) 38 a 42 MHz

CABLEMODEM ( DOCSIS) 24,5 a 36 MHz

SET-TOP-BOX (DCT) 13,8 MHz BW 200 KHz

DOCSIS - BANDA DE RETORNO:DOCSIS - BANDA DE RETORNO:

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TDT- Television Digital Terrestre

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Modulación de Onda CC (CW)

Representación en dominios t-f Efectos del ruido en los receptores

correspondientes

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Modulation -Demodulation

Ix transmission in presence of noise Ix bearing signals or baseband signals Transmitter-Channel-Receiver Frequency shifting on Tx – Modulation using a carrier Frequency shift back on Rx –Demodulation

Page 9: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Modulation

Carrier is sinusoidal wave

Amplitude, frequency, or

phase are varied with a

modulating wave - signal

Page 10: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Amplitude Modulation

Message signal m(t) and

carrier c(t) are independent

Carrier amplitude is varied

about a mean value (Ac),

linearly with m(t)

Ka is the modulation sensiviy

measured in 1/volt

Page 11: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Some issues on AM

Overmodulation

Leads to envelope distortion. The demodulator will

track a false envelope and information will be lost.

fc >>>> W – the message bandwidth

Easy envelope visualization and tracking

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Frequency Domain

Page 13: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Note that

Mod-Demod are implemented using non-linear devices

Demod are often envelope detectors

AM Power and AM Bandwith

Not efficient at power use (tx of c(t))

Sidebands are related each other >>>> just one is needed

Hence >>>> avoid c(t) transmission and duplicate sidebands

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Linear Modulation

Page 15: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

DSB-SC- (Double SideBand-Supressed Carrier)

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Coherent Detection

Page 17: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Note that

Non coherent detection may

lead to null quadrature effect

Need coherent local oscillator

at demodulation >>

complexity >> the price

Page 18: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

SSB MOdulation

DSB-SC + Filtering for Sideband Removal

Highly selective filters from cristal oscillators

Coherent detector >> low power pilot carrier addition is added at

transmission

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VSB – Vestigial Sideband Modulation

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More on VSB

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Dealing with Noise

http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/FM_Radio

http://www.ieeeghn.org/wiki/index.php/Edwin_H._Armstrong

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Radio Spectrum

AM problems static interference from household appliances and lighting

limited audio quality (frequency response and dynamic range)

nighttime interference between many stations (co-channel interference), because of ionospheric refraction, especially in rural areas

http://www.cybercollege.com/frtv/frtv020.htm

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Modulación Angular

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Frecuencia Instantánea

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Phase Modulation

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Frequency Modulation (FM)

Apex (radio band) - Wikipedia, the free encyclopedia

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Frequency Modulation (FM)

f is the frequency deviation

is the modulation index defined as f /fm

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Which is the FM angle?

<< 1 radian is known as narrowband FM

>> 1 radian is known as wideband FM

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FM- Cont’

Page 30: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

FM is non-linear

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FM with modulating tone

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Narrowband vs. Wideband FM

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Narrowband FM

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Compare to AM

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Narrowband FM Generation

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Errors coming from the Aproximation

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Demodulacion Directa FM (Discrimador de Frecuencia)

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Discriminador de Frecuencia

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Equivalente pasabajo de H1(f)

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Detecting (I)

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Detecting (II)

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Detecting (III)

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Detecting (IV)

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Chapter 2. Puntos 2.1 a 2.9

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Narrowband Noise Representations

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Noise in CW Modulation

Chanel Model is AWGN

Power spectral density is No/2

Receiver model defined by a

bandpass filter and a

demodulator model

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Tono + ruido pasabanda

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Calculando pdf conjunta

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Pdf conjunta de envolvente y fase

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Marginales

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Chapter 1. Puntos 1.10 a 1.13

Consulta suplementaria

CioffiChap2PassBand.pdf

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Modulación Analógica frente al ruido

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SNRs

SNR I (Input)

Ratio of the average power of the modulated

signal s(t) to the average power of the filtered

noise

SNR o (Output)

Ratio of the averaged power of the

demodulated signal to the power of noise

measured at the receiver output

SNR c (Channel)

Ratio of the averaged power of the modulated

signal to the average power of noise in the

message bandwith both at the receiver input

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Noise in DSB Coherent Detection

s(t) is the DSB component of

x(t)

C is system dependent scaling

factor

m(t) sample from stationary

process of zero mean and S(f)

Hence compute SNRC, DSB

Page 66: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Figure of Merit in Coherent Detection

The quadrature component of noise is rejected in coherent detection

The average power of filtered noise n(t) is

Same for nI(t)

Page 67: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Figure ….

The same holds for SSB

NO way to improve SNR

by increasig bandwith use

in DSB w.r.t SSB

The effect of modulation

is just frequenxy shifting

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Noise in AM

From the SNR at the channel (C, AM) we desire the SNR at the output , demodulator – envelope

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Phasorial Analysis

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Figures of Merit

Always << 1for AM envelope

receivers

Equal to 1 for DSB, SSB

Caused by waste of power on

carrir transmission

Existence of threshold effect

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Threshold effect in AM Detectors

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Noise Effects in FM

Limiter: clipp and round so that amplitude is independent of the carrier amplitude at the receiver input.

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Noise Model for FM

R(t) is Rayleigh Phase is uniform

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Signal Model for FM

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Signal and Noise in FM

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Discriminator Output

Provided the carrier to noise is high

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FM Discriminator: S2N

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Cont’

The carrier power has noise quoting effect in FM Recall that

The average signal transmitted power is kf2P

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How can we improve S2N in FM?

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The conclusion

FM provides a mechanism for the exchange of improved noise performance

by increased transmission bandwidth

FM can also reject other FM signals closed to the carrier frequency provided

interferent signal are weaker w.r.t. the target FM input

Page 82: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Threshold Effect in FM

Assumption Carrier to Noise ratio at the discriminator input >> 1

Violation to this assumption FM receiver breaks. From breaks to sputtering sounds. The

formula does not hold.

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No signal but Noise

Ac >> nI , nQ

Ac << nI , nQ

P1 noves to the origin and random phase is observed

is around

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Alternatevely

Clicks are heard after the low pass filter

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Threshold Effect

As is decreased the

rate of clicks grows

Rate of clicks is high

threshold occurs

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Designing an FM System

Given D ()

Compute BT

Given BT and N0 (Noise

power per unit bandwidth)

Determine AC to keep

above the threshold

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FM Threshold Reduction

FM demodulator with negative feeback (FMFB) or PLL

Page 89: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

FM Threshold Reduction

The VCO output

The phase comparator output

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FM Threshold Reduction (cont)

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FM Threshold Reduction (cont)

Page 92: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

FM Threshold Reduction (cont)

Page 93: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Linear Model of the PLL-FM Demodulator

Page 94: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

PreEmphasis - Deemphasis

Pre at transmitter

De- at the receiver

Page 95: Modulación Analógica (AM-FM) CX Eléctricas 2011 E.Tapia

Pre-emphasis & De-emphasis

Pre at transmitter

De- at the receiver

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Conclusions

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Chapter 2. Puntos 2.10 a 2.14