SISTEMAS DE COMUNICACIÒN DE BANDA LATERAL ÚNICA

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Los sistemas convencionales de doble banda lateral en AM, como los discutidos en los capítulos 3 y 4, tienen varias desventajas inherentes inherentes y relevantes. Primero, en los sistemas mas convencionales de AM, por lo menos dos tercios de la potencia transmitida se encuentran en la portadora. portadora. Sin embargo, no existe información en la portadora; sino que las contienen las bandas laterales. laterales. Además, la información contenida contenida en la banda lateral superior es idéntica a la información que contiene la banda lateral inferior. Asì que, transmitir por ambas bandas laterales es una redundancia. En consecuencia, la AM convencional convencional es ineficiente tanto en potencia como en el ancho de banda, que son dos de las consideraciones consideraciones mas importante al diseñar un sistema sistema de comunicación electrónica.

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El propósito de este capítulo es introducir al lector a varios sistemas de AM de banda lateral sencilla y explicar las ventajas y desventajas de seleccionarlos, en lugar de los de AM de doble banda lateral convencionales. convencionales.

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La banda lateral única se reconoció y comprendió matemáticamente a comienzos de 1914, sin embargo, hasta 1923 se otorgó la primera patente y se estableció con éxito un enlace de comunicaciones entre Inglaterra y EU. Hay muchos tipos diferentes de sistemas de comunicaciones de banda lateral. Algunos conservan ancho de banda, algunos conservan la potencia, y algunos conservan ambos. La figura 5.1 compara el espectro de frecuencias y las distribuciones relativas de potencia para la AM convencional y varios de los sistemas de banda lateral única (SSB) mas comunes.

Una AM de banda lateral única con portadora completa es una forma de modulación de amplitud en donde la portadora transmite a toda potencia, pero solamente por una de las bandas laterales. Por lo tanto, las transmisiones de SSBFC requieren solamente la mitad de ancho de banda que la AM convencional de doble banda lateral. Por lo tanto, aunque SSBFC requiere de menos potencia total, en realidad utiliza un porcentaje mas pequeño de esa potencia para la porción de transporte de la información

Figura 5.1 Sistemas de banda lateral única (a) AM convencional de DSBFC; (b) banda lateral única con portadora completa; © banda lateral única con portadora suprimida (d) banda lateral única con portadora reducida € banda lateral única independiente (f) banda lateral vestigial

 La figura 5-2 muestra la forma de onda para una onda SSBFC 100% modulada con

una señal modulante de frecuencia unica La envolvente de la banda lateral única con portadora completa, 100% modulada, es idéntica a una envolvente de la doble banda lateral portadora completa 50% modulada, recuerde que los picos máximos negativos y positivos, de una onda de AM de DSBFC, ocurren cuando la portadora y ambas bandas laterales alcanzan sus respectivos picos al mismo tiempo, y el cambio pico de la envolvente es igual a la suma de las amplitudes de las frecuencias laterales superior e inferior. Con las transmisiones de banda lateral única, solo hay una banda lateral para agregar a la portadora. Por lo tanto, el cambio pico de la envolvente es solo la mitad de lo que es con la transmisión de doble banda lateral. En consecuencia, con la transmisión de banda lateral única de portadora completa, las señalas demoduladas tienen solo la mitad de la amplitud de una onda demodulada de doble banda lateral. Por consiguiente, se hace un intercambio. El SSBFC requiere de menos ancho de banda que el DSBFC, pero también produce una señal demodulada con la amplitud mas baja. Sin embargo, cuando se quita la mitad del ancho de banda, también se quita la mitad de la potencia total de ruido. Si se quita una de las bandas laterales, la potencia en la porción de la información de la onda también se reduce a la mitad. En consecuencia, las relaciones señal a ruido para las bandas laterales única y doble son iguales. Con el SSBFC, la relación de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal modulante, y la profundidad de la modulación es proporcional a la amplitud de la señal modulante. Por lo tanto, así como la transmisión de doble banda lateral, la información se encuentra en la envolvente de la señal modulada de la portadora completa.

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La AM de banda lateral única con portadora suprimida es una forma de modulación de amplitud en donde la portadora se suprime totalmente y se quita una de las bandas laterales. Por lo tanto, el SSBSC requiere de la mitad del ancho de banda que la AM convencional de doble banda lateral y considerablemente menos potencia transmitida. El espectro de frecuencias y la distribución relativa de la potencia para SSBSC, con transmisión de banda lateral superior.

La AM de banda lateral única portadora reducida es una forma de modulación de amplitud en donde una banda lateral se quita totalmente y el voltaje de la portadora se reduce aproximadamente 10% de su amplitud no modulada. En consecuencia, tanto como el 96% de la potencia total transmitida esta en la banda lateral no suprimida. Para producir un componente de portadora reducida, la portadora esta totalmente suprimida durante la modulación y luego reinsertada con una amplitud reducida. Por lo tanto, el SSBRC se llama a veces una banda lateral única de portadora reinsertada. La portadora reinsertada suele llamarse una portadora piloto y se reinserta por razones de demodulacion; esto se explica mas adelante en este capitulo.

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Asi como con la AM de doble banda lateral con portadora completa, la relación de repetición de la envolvente es igual a la frecuencia de la señal modulante. Para demodular una forma de onda portadora reducida con un detector de picos convencional la portadora debe depararse, amplificarse y, luego, reinsertarse a un nivel mas alto en el receptor. Por lo tanto, la transmisión de la portadora suprimida a veces se llama portadora elevada porque la portadora elevada, la amplificación de la portadora en el receptor tiene que ser suficiente para elevar el nivel de la portadora a un valor mayor que la señal de banda lateral. El SSBRC requiere de mas de la mitad de ancho de banda que la AM convencional y, puesto que es la portadora se transmite a un nivel reducido, también conserva considerable potencia.

La AM de banda lateral independiente (ISB) es una forma de modulación de amplitud en donde la frecuencia sencilla de portadora se modula de manera independiente por dos señales modulantes diferentes. En esencia, la ISB es una forma de transmisión de doble banda lateral en la que el transmisor consiste en dos moduladores de banda lateral sencilla independiente con portadora suprimida. Un modulador produce solo la banda lateral superior y el otro produce solo la banda inferior.

Las señales de salida de la banda lateral única, provenientes de los dos moduladores, se combinan para formar una señas de doble banda lateral en la que las dos bandas laterales son totalmente independientes, excepto porque son simétricas sobre una frecuencia portadora común. Una banda lateral se coloca por encima de la portadora en el espectro de frecuencias y  la otra por debajo. Para el propósito de demodulacion, la portadora generalmente se reinserta a un nivel reducido como la transmisión de SSBRC. El ISB conserva tanto la potencia de transmisión como el ancho de banda conforme se transmite las dos fuentes de información dentro del mismo espectro de frecuencias como lo requería una sola fuente utilizando una transmisión de doble lateral convencional. La ISB es una técnica que se utiliza en los EU para la transmisión de AM estéreo. Un canal (el izquierdo) se transmite en la banda lateral inferior y el otro (el derecho) se transmite

las señales de información son iguales en cuanto a frecuencia; por lo tanto, la forma de onda es idéntica a una forma de onda de doble banda laleral con portadora suprimida, con una relación de repetición igual al doble de la frecuencia de la señal modulante. El ISB conserva tanto la potencia de transmisión como el ancho de banda, conforme se transmiten las dos fuentes de información dentro del mismo espectro de frecuencias, como lo requerirìa una sola fuente utilizando una transmisión de doble banda laleral convencional. La ISB es una técnica que se utiliza en los Estados Unidos para la transmisión de AM estéreo Un canal (el izquierdo) se transmite en la banda lateral inferior y el otro (el derecho) se transmite en la banda lateral superior.

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La AM de banda lateral vestigial es una forma de modulación de amplitud en donde la portadora y una banda lateral completa se transmite, pero solo se transmite parte de la segunda banda lateral. La portadora se transmite a toda potencia. En la VSB, las frecuencias inferiores de la señal modulante se transmite en doble banda lateral y las frecuencias superiores de la señal modulante se transmiten en banda lateral única. En consecuencia, las frecuencias inferiores pueden apreciar el beneficio de la modulacion al 100% mientras que las frecuencias superiores no pueden lograr mas que el efecto del 50% de modulacion. Por consiguiente, se enfatizan las señales modulantes de frecuencia inferior, y producen señales de amplitud mayor en el demodulador que las frecuencias superiores

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La conservación de ancho de banda y de la eficiencia de la potencia son ventajas obvias, en la transmisión de banda lateral única, sobre la transmisión de doble banda lateral convencional. La banda lateral única requiere solo la mitad de ancho de banda  y considerablemente menos del total de la potencia transmitida. La potencia total transmitida necesaria para producir una relación señal a ruido determina a la salida del receptor es una forma conveniente y útil de comparar el requerimiento de potencia  y el rendimiento relativo de una banda lateral única con los sistemas de AM convencionales. La relación señal a ruido recibida determina el grado en que es inteligible una señal recibida.

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La potencia de envolvente pico (PEP) es la potencia mas desarrollada en la cresta de la envolvente de modulación. Una onda de AM convencional con 100% modulación contiene 1 unidad de potencia de 1 portadora y 0.25 de unidad de potencia en cada banda lateral para un total de potencia pico transmitida de 1.5 unidades. Un transmisor de banda lateral única, clasificada en 0.5 unidades de potencia, producirá la misma relación S/N a la salida de un receptor, que 1.5 unidades de la portadora, mas potencia de banda lateral de una señal de portadora completa de doble lateral. En otras palabras, se realiza la misma función con el SSBSC utilizando solamente la tercera parte de la potencia transmitida y la mitad del ancho de banda.

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Las envolvente de RF también se muestran, y corresponden a las relaciones de voltaje  y potencias indicadas anteriormente. La señal demodulada a la salida de un receptor de AM convencional es proporcional a la suma cuadrática de los voltajes de las señales de las bandas laterales inferiores y superiores, que es igual a una unidad PEV.

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Para la recepción de banda lateral única, la señal demodulada es 0.707 X 1 = 0.707 PEV. Si se selecciona arbitrariamente como 0.1 V/Khz el voltaje de ruido para la AM convencional, el voltaje de ruido para la señal de banda lateral única con la mitad del ancho de la banda es de 0.707. V/Khz.

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Hay 4 ventajas predominantes de la transmisión de la banda lateral única con portadora suprimida sobre la transmisión de doble banda lateral con portadora completa

Conservación del ancho de banda. La transmisión de la banda lateral sencilla requiere de la mitad del ancho de la banda, que la transmisión de doble banda lateral de la AM convencional, lista ventaja es especialmente importante, hoy en día, con un espectro de frecuencias de radio que ya está saturado. Conservación de potencia. Con una transmisión de banda lateral sencilla, sólo se transmite una banda lateral y normalmente una portadora suprimida o reducida. Como resultado, se necesita mucho menos potencia total transmitida para producir esencialmente la misma cantidad de señal que se logra con la transmisión de doble banda lateral con portadora completa. En consecuencia, se pueden utilizar transmisores más pequeños y más confiables con la banda lateral sencilla. Desvanecimiento selectivo. Con la transmisión de la doble banda lateral, las dos bandas laterales y la portadora pueden propagarse a través del medio de transmisión por diferentes trayectorias y, por lo tanto, pueden experimentar diferentes deterioros en la transmisión. Esta condición se llama desvanecimiento  selectivo. Un tipo de desvanecimiento selectivo se llama desvanecimiento de la banda lateral. Con el desvanecimiento de la banda Inicial, una banda lateral se atenúa significativamente, Esta pérdida resulta en una amplitud de la señal reducida a la salida del demodulador de receptor y consecuentemente una relación de señal o ruido reducido a -3dB. Esta pérdida causa algo de distorsión, pero no es totalmente perjudicial para la señal, porque las dos bandas laterales contienen la misma información. La forma más común y más grave de desvanecimiento selectivo es el desvanecimiento de la amplitud de la portadora. La reducción del nivel de la portadora, de una onda 100% modulada, hará que el voltaje de la portadora sea menor que la suma del vector de las dos bandas laterales. En consecuencia, la envolvente asemeja una envolvente sobremodulada, causando una distorsión severa de la señal demodulada. La tercera causa del desvanecimiento selectivo es un desplazamiento en fase en la banda lateral o de la portadora Cuando cambian las posiciones relativas de los vectores de la banda lateral y de la portadora de la señal recibida, ocurrirá un cambio definitivo en la forma de la envolvente, causando una señal demodulada severamente distorsionada. cuando se transmite sólo mía banda lateral y una portadora reducida o totalmente suprimida, el desplazamiento de fase de la portadora y el desvanecimiento de la portadora no pueden ocurrir, y el desvanecimiento de la banda lateral sólo cambia la respuesta de la amplitud y la frecuencia de la señal demodulada. Estos cambios no producen generalmente suficiente distorsión para ocasionar perdida de inteligibilidad con la señal recibida. Con la transmisión de banda lateral única, no es necesario mantener una relación de amplitud o fase específica entre las señales de la

Reducción de ruido. Debido a que el sistema de banda lateral sencilla utiliza sólo la mitad del ancho de banda que la AM convencional, la potencia de ruido térmico se reduce a la mitad del sistema de doble banda lateral, tomando en cuenta la reducción del ancho de banda y la inmunidad al desvanecimiento selectivo, los sistemas SSB gozan de una ventaja en la relación de S/N aproximada a 12 dB sobre la AM convencional (o sea un sistema convencional de AM tiene que transmitir una señal más potente que 12 dB para alcanzar el mismo rendimiento que un sistema comparable de banda lateral sencilla) Desventajas de la transmisión de banda lateral única. Existen dos desventajas principales de la transmisión de banda lateral única con portadora reducida o suprimida en comparación con transmisión convencional de doble banda lateral con portadora completa, Receptores complejos. Los sistemas de banda lateral única requieren de recepto res más complejos y costosos que la transmisión de AM convencional. Esto se debe a que la mayoría de las transmisiones de banda lateral única incluyen una portadora reducida o suprimida: por lo tanto, no puede utilizarse la detección de envolvente a no ser que la portadora se regenere a.un nivel elevado. Los receptores de la banda lateral única requieren de un circuito de sincronización y de la recuperación de la portadora, como un sintetizador de frecuencias PLI, que eleva su costo, complejidad y tamaño. Dificultades de sintonización Los receptores de banda lateral única requieren una sintonización más compleja y precisa que los receptores de AM convencionales Esto es indeseable para el usuario normal. Esta desventaja puede superarse utilizando unos circuitos de sintonización más precisos, complejos y costosos.

GENERACIÓN DE BANDA LATERAL ÚNICA En las secciones anteriores se mostró que en la mayoría de los sistemas de banda lateral única, la portadora o está totalmente suprimida o está reducida a solamente una fracción de su valor original, y se remueve una banda lateral. Remover la portadora desde la onda modulada o reducir su amplitud utilizando filtros convencionales de muesca, es extremadamente difícil, si no imposible, puesto que los filtros simplemente no tienen suficientes factores Q para remover la portadora sin también remover una porción de la banda lateral. Sin embargó, también se mostró que remover la componente constante suprimió la portadora en el modulador en sí. Por consiguiente, se han desarrollado circuitos del modulador que remueven inherentemente la portadora durante el proceso de modulación. Dichos circuitos se llaman moduladores de doble banda lateral con portadora suprimida (DSBFC). Se mostrará más adelante en este capítulo cómo puede removerse una de las bandas laterales una vez que la portadora fue suprimida. Un circuito que produce una señal de doble banda lateral con portadora suprimida es un modulador balanceado. El modulador balanceado se ha convertido rápidamente en uno de los circuitos más útiles y más ampliamente utilizado dentro de las comunicaciones electrónicas. Además de los sistemas de AM con portadora suprimida, los moduladores balanceados se utilizan ampliamente en sistemas de modulación de fase y frecuencia así como en sistemas de modulación digital, tales como los de transmisión por desplazamiento de fase y la modulación de amplitud en cuadratura.

Modulador de anillo balanceado * La figura 5-6a muestra el diagrama esquemático para un modulador de anillo balanceado construido con diodos y transformadores. Los diodos semiconductores son perfectos para usarlos en circuitos de modulador balanceado, porque son estables y no requieren de una fuente de potencia externa, tienen una larga vida y virtualmente no requieren de mantenimiento. El modulador de anillo balanceado a veces se llama modulador de rejilla (lattice)  balanceado o simplemente modulador balanceado. Un modulador balanceado tiene dos entradas: una portadora de frecuencia sencilla y la señal modulante, que puede ser una forma de onda compleja o de frecuencia sencilla. Para que opere adecuadamente un modulador balanceado, la amplitud de la portadora tiene que ser suficientemente mayor que la amplitud de la señal modulante (aproximadamente de seis a siete veces más grande), listo asegura que la portadora, y no la señal modulante, controle la condición d activado o 

desactivada  de los cuatro diodos interruptores (o conmutados) (D1 a I) .

Operación del circuito, Esencialmente, los diodos D1 a D4 son interruptores eléctricos que controlan si la señal modulante pasa del transformador de entrada T1 al transformador de salida T2, como está o con un cambio de fase de 180º. Con la polaridad de la portadora, como se muestra en la figura 5-6b. los diodos interruptores D4 y D2 están directamente polarizados y activados , mientras que los diodos interruptores D1 y D4 están polarizados inversamente y desactivados. En  consecuencia, la señal modulante se transfiere a través de los interruptores cerrados a T2... sin inversión de fase. Cuando la polaridad de la portadora se invierte, como se muestra en la figura 5.6 los diodos interruptores D1 y D2 están polarizados inversamente y desactivados mientras que los diodos interruptores D3  y D4 están polarizados directamente y activados. Por consiguiente, la señal modulante experimenta una inversión de fase de 180º antes de alcanzar T3.

La corriente de la portadora fluye de su fuente a los límites centrales de T1 y  T2 donde se divide y va en direcciones opuestas a través de las mitades superiores e inferiores de los transformadores. Por lo tanto, sus campos magnéticos se cancelan en los embobinados secundarios del transformador y  la portadora se suprime. Si los diodos no están perfectamente acoplados, o si los transformadores no están exactamente conectados y encapsulados en el centro, el circuito está fuera de balance y la portadora no está totalmente suprimida, Fs virtualmente imposible lograr un balance perfecto; por lo tanto, siempre está presente una pequeña componente de la portadora en la señal de salida. Fsto comúnmente se llama dispersión de la portadora. La cantidad de supresión de la portadora es típicamente entre 40 y 60 dB. La figura 5-7 muestra las formas de onda de entrada y salida asociadas con un modulador balanceado, para una señal modulante de frecuencia sencilla. Puede verse que D1 y D2): conducen solamente durante los medios ciclos positivos de la señal de entrada de la portadora, y que D3, y D4 conducen solamente durante los medios ciclos negativos. La salida dle un modulador balanceado consiste en una serie de pulsos de RF, cuya velocidad de repetición se determina por la frecuencia de conmutación de la portadora de RF, y la amplitud esta controlada por el nivel de la señal modulante. En consecuencia, la forma de onda de salida toma la forma de la señal modulante, excepto con polaridades alternas positiva y negativa que corresponden a la polaridad de la señal de la portadora.