Trabajo Práctico N°7

Aplicaciones en los sistemas de amplitud modulada con portadora suprimida (AMSC, SSB, QAM, FDMA)

Objeto
El objeto del presente trabajo práctico es:

• Analizar los métodos que permiten obtener una banda lateral única SSB partiendo de una señal modulada en doble banda.


• A partir de los valores obtenidos de potencia determine el valor del rendimiento o eficiencia de modulación del sistema.


• Aplicando métodos de detección sincrónica recuperar el mensaje transmitido.


• Estudiar los procesos de modulación y demodulación en los enlaces que utilizan acceso por acceso multicanalización de división de frecuencia FDMA.


• Extraer conclusiones analizando las aplicaciones de sistemas de portadora suprimida.

Software aplicado:

• Multisim (versión 7).


• Mathcad.

Desarrollo práctico

1) En un transmisor de SSB (Banda Lateral Única) que utiliza el método de desviación de frecuencia para obtener una LSB (Banda Lateral Inferior), posee un filtro el cual tiene una frecuencia de corte superior de 522,2 KHz.
Si la mínima frecuencia de audio de la banda base es de 800 Hz y la BW de información es 3 KHz:
a) Realice un diagrama espectral y determine ¿A qué frecuencia opera el generador de portadora?b) ¿Cuál es la frecuencia de corte inferior del filtro? El generador de portadora opera a 523 KHz y la frecuencia de corte inferior del filtro es 519,2 KHz.

c) ¿Cuál es la máxima frecuencia de audio transmitida?

La máxima frecuencia de audio transmitida es 526 KHz.

d) Dibuje un esquema en bloques del Transmisor.e) Si ahora se efectúa una segunda conversión con 16 MHz, calcular la frecuencia de corte inferior y superior de la BLS.

fc superior: 16522,2 KHz.
fc inferior: 16519,2 KHz.

f) Con los valores de los generadores de portadora de la primera y segunda conversión, realice un diagrama espectral para obtener la USB (Banda Lateral Superior).
Frecuencias en la USB:
fc inferior: 16523,6 KHz
fc superior: 16526,8 KHz

g) ¿Cuántos KHz está desplazada la USB (Banda Lateral Superior) del punto f de la LSB (Banda Lateral Inferior) en la banda de transmisión?

1,0452 MHz

2) Una señal cosenoidal de 2V y de F=2 KHz, se transmite utilizando un modulador por desviación de fase con una portadora suprimida de 0,8 MHz, y una amplitud de 5V, suponiendo K del modulador KM = 0,5 [1/V].
Averiguar:
a) El esquema del modulador utilizado.b) La tensión vBLU(t).c) El espectro en frecuencia de la señal de salida.d) Suponiendo que la impedancia de carga es de 50 ohm, averiguar la potencia en W y dBm.3) Se quiere transmitir una señal de audio de 10 dBm con frecuencia de 5000 Hz por el sistema de Weaver, para lo cual se tiene un TX que posee un sistema de doble conversión teniendo como frecuencias intermedias 250 KHz y 7500 KHz con amplitud unitaria, y los moduladores tienen K=2/v respectivamente.
a) Dibujar el esquema del TX.b) Utilizando Mathcad representar el espectro en frecuencia para el caso en que se transmita por la USB (BLS) a la salida de cada bloque que interviene en el proceso de la obtención de la banda lateral única.

Señal:

Modulador 1:

Modulador 2:

LPF1:
LPF2:
Modulador 3:Modulador 4:Circuito Suma:c) Calcular la potencia de salida, sobre una carga normalizada.
4) Es posible transmitir simultáneamente dos señales diferentes en la misma portadora. Las dos señales modulan portadoras de la misma frecuencia pero con fase en cuadratura tal como se muestra en la fig. 1Fig. 1

Demuestre que se pueden recobrar las señales mediante detección sincrónica de la señal recibida con portadoras de la misma frecuancia pero con fase en cuadratura.

a) Utilizando software aplicado dibujar el Modem QAM Utilizando los subcircuitos MA_2800 y SSD3801, los cuales son moduladores DSB basados en multiplicadores analógicos de cuatro cuadrantes como núcleo de procesamiento (llamada celda de Gilbert) tal como se representa en la figura 2:

En el subcircuito MA_2800 las entradas del circuito son:
OSCPOS: Entrada positiva de la señal proveniente del oscilador de portadora.
OSCNEG: Entrada negativa de la señal proveniente del oscilador portadora.
VMPOS: Entrada positiva de la señal modulante. VMNEG: Entrada negativa de la señal de modulante.
Los otros cuatro terminales son:
VCC: Alimentación positiva
VEE: Alimentación negativa.
GND: Tierra OUT: Salida Por otra parte los detectores sincrónicos SSD3801 las entradas del circuito son:
IN: Entrada de la señal QAM proveniente del circuito sumador lineal.
Vpos: Alimentación positiva
Vneg: Alimentación negativa.
OUT: Salida

5. a) Introducir al modulador del canal “I” (pata OSCPOS y OSCNEG) una señal con un generador senoidal, de amplitud 50 mVp y frecuencia 100KHz. De la misma forma colocar a la entrada del modulador del canal”Q” la misma señal pero con la fase en cuadratura es decir 50 mVp, frecuencia 100KHz, fase 90°.
Graficar ambas señales utilizando el programa Grapher, las dos señales del osciloscopio. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal I
Canal Q
6. a) Introducir al modulador del canal “I” (pata VMPOS y VMNEG) una señal con un generador senoidal, de amplitud 200 mVp y frecuencia 3400 Hz, y otra señal a la entrada del modulador del canal ”Q” de 200 mVp y frecuencia 300 Hz.
Observar con el osciloscopio la señal obtenida a la salida de cada modulador de canal y verificar el ajuste del control de anulación de portadora hasta lograr el máximo de simetría en todos los picos máximos de la señal modulada. Graficar la señal modulada en doble banda lateral utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal I
Canal Qb) Medir la señal resultante de la modulación de la suma de componentes en cuadratura VQAM. Graficar esta señal modulada utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.c) Expresar matemáticamente utilizando Mathcad cada una de las señales obtenidas a la salida de cada modulador de canal, y la señal suma de componentes en cuadratura VQAM.

7. En esta parte del presente T.P. analizaremos los procesos de la demodulación de QAM, para ello utilizaremos los subcircuitos SSD3801 X3 para el canal I y el X4 para el canal Q.
Estos circuitos son detectores sincrónicos, los cuales al utilizar una señal de sincronismo con la misma frecuencia y fase de la portadora original separan las componentes I y Q demodulando de esta manera la señal QAM.

a) Conectar a la entrada de sincronismo del subcircuito X3 una señal senoidal de amplitud 50 mVp y frecuencia 100KHz. Repetir a la entrada de sincronismo del subcircuito X4 la misma señal pero con la fase en cuadratura es decir 50 mVp, frecuencia 100KHz, fase 90°.

b) Graficar la señal de salida de cada uno de los circuitos SSD3801 utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Canal ICanal Qc) Justificar matemáticamente lo realizado en forma practica en el proceso de la detección sincrónica y utilizando Mathcad realice la representación espectral con escala en dBm de estas señales.
8. A continuación se aplica las señales de componentes separadas a las etapas U1 y U2 que son filtros activos de segundo orden con una estructura denominada “Múltiple Realimentación o MFB”. Para comprender el funcionamiento del sistema desarrollaremos el siguiente procedimiento práctico:

a) Con el uso del software aplicado dibuje los circuitos en el Multisim y simule el funcionamiento de los filtros MFB pasa bandas de salida realizando una representación de la respuesta en frecuencia de la ganancia y la fase utilizando el instrumento Bode Plotter.

Canal I
Canal Qb) Realice la representación en el dominio del tiempo de las señales de salida Voi(t) y Voq(t) utilizando el programa Grapher. Completar los factores de escalas del osciloscopio utilizadas en la medición.

Voi(t)

Voq(t)
Mediante la utilización de software aplicado realizaremos el análisis de Fourier de las señales de las salidas, para comprobar el contenido armónico de la distorsión en la señal demodulada.
Elegiremos en la barra de herramientas del Multisim el menú Simulate analyses, Fourier Analysis.
c) Utilizando el programa Grapher grafique el espectro en el nodo de salida de cada una de estas señales (tome como componentes de análisis hasta la vigésima armónica). Con el valor de cada una de las componentes resultantes del espectro de salida realice el cálculo de la distorsión armónica total.

Canal ICanal Q
9. Implementar un sistema de transmisión utilizando técnicas de portadora suprimida que permita transmitir un GRUPO primario de la jerarquía del FDMA (considere que todos los canales son telefónicos con un BW = 4 KHz).

a) Dibujar el diagrama en bloques del sistema propuesto (Multiplexor y demultiplexor).
b) Calcular el BW total de transmisión y realizar esquema espectral del sistema.
10.Redacte las conclusiones finales del TP haciendo una síntesis sobre los resultados obtenidos en el mismo.

Podemos concluir que este trabajo práctico nos ha ayudado a comprender las distintas aplicaciones de los sistemas de amplitud modulada con portadora suprimida. Sabemos calcular la frecuencia de corte inferior de la banda lateral inferior (LSB) de un conversor. También hemos aprendido a realizar el cálculo necesario para encontrar el valor de portadora. Conocemos ahora cómo funcionan los sistemas completos, trabajando en cuadratura. Analizamos los procesos de la demodulación en su totalidad.
Sabemos calcular la potencia de la señal modulada, el ancho de banda, la máxima desviación en frecuencia y la máxima desviación en fase.
El template nos ha ayudado en gran medida para la resolución de algunos ejercicios, ya que pudimos seguir el formato, consiguiendo resultados óptimos.