Modulação ASK ( Amplitude Shift Keying)

Transcrição

1 Modulação ASK ( Amlitude Shift Keying) O sinal ASK ode ser roduzido emregando-se os mesmos teoremas da modulação AM-DSB. As rinciais características da modulação ôr chaveamento de amlitude são:! Facilidade de modular e demodular;! Pequena largura de faixa;! Baixa imunidade a ruídos. Devido a essas características, a modulação ôr chaveamento de amlitude é indicada nas situações em que exista ouco ruído ara interferir na receção do sinal ou quando o baixo custo é essencial. A modulação ASK é utilizada em alicações:! Transmissão via fibra óticas, onde não existe ruído ara interferir na receção do sinal;! Transmissão de dados ôr infravermelho, como os usados em algumas calculadoras;! Controle remoto ôr meio de raios infravermelhos, como os usados em aarelhos de tv;! Controle remoto ôr meio de radiofrequência, como os usados ara ligar e desligar alarmes de carros, residências ou abrir ortões. O sinal ASK divide-se em: a) se o sinal for binário, variando-se dois níveis (0,sace e 1,mark) teremos o ASK binário ou BASK; b) Se o sinal tiver m níveis, sinal multinível teremos o ASK multinível, também chamado MASK. No caso articular do sinal BASK em que um dos níveis é zero, o sinal roduzido eqüivale a senóide interromida e or isso é ainda designado or OOK, ou seja, On-off Keying. PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 1

2 Analise do sinal Bask O sinal Bask admite dois níveis de amlitude E1 e E. Podemos, escrever então: Estado 1: Em (t) = E 1 cos W o t Estado 0: Em (t) = E cos W o t Considerando ainda E 1 > E, como demonstrado na modulação AM-DSB, definimos o índice de modulação exclusivamente ara o sinal modulador senoidal, mas é ossível amliar este conceito ara o sinal modulador digital. Assim, o índice de modulação será exresso or: B A E1 E md = = B A E1 E PROF.ª IRENE SILVA FARIAS

3 Podemos definir também uma ortadora virtual como aquela que seria emregada no rocesso convencional equivalente de modulação que desse origem ao mesmo sinal obtido com o rocesso de seleção, sendo interretada na figura abaixo. Sendo E 1 e E as duas amlitudes resentes a ortadora virtual terá or exressão: Ev( t) = E o cos wot Para a análise do esectro da onda modulada devemos substituir a moduladora digital elo sinal de teste corresondente. A este sinal corresonderá uma fundamental, e devemos ter w o >> w ara que a envoltória fique bem definida: w = π T Sendo que em um sinal Bask teremos uma forma de onda quadrada modulante (regular e variando entre 1 e 1, com eríodo T), definida com Q(t), conforme série Trigonométrica de Fourier odemos exressar: Q ( t) = ao n= 1 ( an.cosnwot bnsen wot) PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 3

4 Podemos então definir o sinal Bask sob a forma: E m ( t) = Eo [ 1 mdq( t) ] coswot COMUNICAÇÃO DIGITAL onde: E o = amlitude da ortadora virtual; m D = índice de modulação; Q(t) = onda quadrada modulante (regular e variando entre 1 e 1, com eríodo T). Teremos no esectro a ortadora e mais duas faixas laterais, de um lado e outro da ortadora, reroduzindo o esectro Q(t), multilicadas or m D E o, conforme figura abaixo No esectro só esta aresentada a curva de amlitude. A curva de fase é linear, sendo a função do retardo, considerado de acordo com a origem dos temos. A largura de faixa necessária ara a transmissão ode ser determinada utilizandose o mesmo critério que ara o ulso. Com isso resulta que se deve deixar assar ao menos o rimeiro ar de raias ara que se consiga detectar a resença das transições do sinal modulador: B mín. = (w o w m ) (w o -w m ) = w Outro asecto imortante a considerar é o que diz reseito a otência associada ao sinal modulado. Da analise direta do mesmo concluímos: Eo onde: P o = P m (1 md ) = PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 4 P o

5 Na figura abaixo está a estrutura básica de um modulador ASK. O filtro assabaixa corta os harmônicos do sinal modulante digital, reduzindo a largura de faixa do sinal modulante. O modulador de amlitude gera o sinal digital filtrado e do sinal senoidal roveniente do oscilador que irá determinar a freqüência central do sistema ASK. A saída do modulador será um sinal ASK contendo um ar de faixas laterais. DADOS SINAL DIGITAL FILTRO PASSA-BAIXA MODULADOR DE AMPLITUDE SINAL ASK OSCILADOR DE PORTADORA A demodulação do sinal ASK ode ser feita ôr meio de um detector de envoltória seguido ôr um filtro assa-baixa e circuito de decisão, conforme figura: SINAL ASK DETECTOR DE ENVOLTÓRIA FILTRO PASSA-BAIXA CIRCUITO DE DECISÃO DADOS O detector de envoltória retifica o sinal ASK. Em seguida, o filtro assa-baixa elimina o comonente ulsante do sinal entregue elo detector de envoltória, recuerando o nível médio. O circuito de decisão comara o nível médio resente na saída do filtro assa-baixa com uma tensão de referência, V. Se o nível médio estiver acima do valor de referência, o circuito de decisão coloca nível alto tem sua saída. Caso o sinal na entrada do circuito de decisão esteja abaixo da tensão de referência V 1, a saída estará em nível baixo. O uso de duas tensões de referências, V 1 e V, ajuda a reduzir os erros causados ôr sinais contendo ruídos. Se o ruído no sinal ASK for menor do que a metade do valor de ico-a-ico do sinal, não haverá erro na decisão. PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 5

6 Analise do sinal OOK O caso articular onde m D =1 é aquele mais imortante. O sinal OOK eqüivale simlesmente a uma senóide interromida, acomanhando o sinal digital O sinal OOK é o mais antigo e o mais simles dos métodos de modulação or sinal digital. Disondo-se aenas de um oscilador e de estágios amlificadores de otência, a maniulação aenas atua cortando o sinal quando desejado. A analise anterior feita ara o sinal BASK ode ser adatada ara o sinal OOK, mediante a substituição m D =1. Assim o esectro OOK assume o asecto mostrado abaixo e a largura de faixa necessária ara transmissão é a mesma isto é: B mín. = w Quanto a otência associada ao sinal OOK, a equação se reduz a Pm = Eo = ou seja, as faixas carregam tanta energia quanto a ortadora, o que significa que o índice de modulação de 100%, o sinal digital roduz mais rendimento que o sinal senoidal. P o PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 6

7 Modulador Quadrático a Transistor Circuitos Moduladores Seu rinciio de funcionamento baseia-se no aroveitamento da região quadrática contida na curva característica de entrada de um transistor em emissor comum, que é exonencial. Se a olarização for feita de tal maneira que ossamos aroximar o trecho de exonencial da curva característica de um transistor ara uma arábola, estaremos criando um modulador quadrático. O modelo matemático que comrova o funcionamento desse circuito como modulador é descrito elo seguinte formula exonencial: 3 4 x x x x x x f ( x) = e = 1 x n! Sabemos que i c =β.i B e que i B =f(v BE ) de forma exonencial. De forma que: I = a bv. cv. d. V 3 c BE BE BE Polarizando um transistor em uma região quadrática, temos que V = e () t e () t [ ] [ ] i = a b e () t e () t c e () t e () t c m m BE m i = a be cosω t be cosω t ce cos ω t ce cos ω t ce cosω te cosω t c m m P m m m m ce ce ce ce ic = a becosω t bemcosωmt P P t m m cosω cosωmt ce E cos( ω ω ) t ce E cos( ω ω ) t m m m m PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 7

8 Modulador Síncrono a Diodo Seu funcionamento é baseado no fato de que um sinal amostrado or uma função do tio chave síncrona gera uma serie de harmônicos, que odem ser convenientemente recuerados or uma filtragem assa-faixas. O sinal da ortadora é alicado ao onto 1 e o sinal modulante é alicado ao onto. Esses dois sinais somados e inseridos no diodo D 1 que funciona com uma chave síncrona em conjunto com o efeito de oscilação sintonizada em w feita elo filtro assafaixa resulta no sinal modulado no onto 4. Modulador Síncrono a Transistor Obedece a um funcionamento idêntico ao modulador síncrono a diodo, com uma única ressalva que o chaveamento síncrono com a freqüência da ortadora é agora feito ela junção base-emisssor de um transistor. PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 8

9 O transistor é não-olarizado com nível DC roositadamente, ois o efeito de chaveamento só ode ser obtido se o transistor funcionam em estados de corte/condução. Circuitos Demoduladores Um circuito demodulador é resonsável or recuerar um sinal de informação, a artir de um sinal modulado recebido. Os circuitos demoduladores ode ser: de forma quadrática de forma síncrona Demodulação Quadrática e Rec (t) O diagrama mostra o rinciio básico da demodulação quadrática. me me et ( ) = Ecosω t cos( ω ωm) t cos( ω ωm) t Sabemos que: e () t = a b.() e t c. e () t 1 bme bme ce ce e1 ( t) = a becosω cos( ω ωm) t cos( ω ωm) t cosω t cme cos( ω ωm) t cos( ω ωm) t cos( ω ωm) t cme cme cme cosωmt cos( ω ωm) t cosωmt cosω t cosωmt 8 8 Aós assagem elo filtro assa-baixas com velocidade angular de corte w m teremos aenas o sinal recuerado: ce erec() t = a cme cosω mt 4 PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 9

10 Demodulação Síncrona O rinciio da demodulação síncrona é arecida ao da quadrática: e(t) e 1 (t ) e rec (t) e 1 (t) = C.(t). e.(t) Aós a assagem elo filtro assa-baixas com velocidade angular de corte w m teremos aenas o sinal recuerado: e rec Chave Síncrona Função ce me1e () t = cosω mt FPB Nível DC Sinal modulante Observe que esse sinal recuerado é comosto or uma arcela roorcional ao sinal modulante e or um sinal DC (valor médio do sinal recuerado), roorcional à amlitude recebida da ortadora e que servirá ara nos dar uma idéia da intensidade do sinal recebido e ara controlar o ganho de receção. Detector de envoltória É um disositivo cujo o circuito é: Onde: e 1 (t)=sinal recuerado roorcional à informação. E DC = nível DC do sinal. Nesse circuito o ael da chave síncrona é executado elo diodo detector e o circuito RC colocado a seguir cumre seu ael de filtro assa-baixas. PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 10

11 Deve ser observar o calculo da constante de temo RC do filtro assa-baixas do detector, ois se tivermos a constante de temo muito alta, a envoltória sofrerá um deslocamento (fig.1) e se RC for muito baixo teremos uma filtragem insuficiente da envoltória (fig.). Se o RC for muito alto, o sinal recuerado é de freqüência inferior à informação e no caso de RC for muito baixo, o sinal recuerado tem raticamente a mesma freqüência da ortadora. Uma regra que ermite o calculo da constante de temo do filtro assa-baixas é considerado a resença do índice de modulação na formula que tende adequar a sensibilidade do filtro à orcentagem de modulação efetuada. Sendo dada ela formula abaixo: 1 RC = π mfm max PROF.ª IRENE SILVA FARIAS 11