Contenido de información de modulación de amplitud frente a transmisión de banda lateral única

Una señal de radio modulada en amplitud con frecuencia portadora C, que incluye frecuencias de 0 a F, utilizará frecuencias de salida en el rango de CF a C+F, o un ancho de banda total de 2F. Un enfoque de modulación llamado modulación de banda lateral única omite las frecuencias por debajo de C o por encima de C, y simplemente transmite las demás, sobre la base de que las frecuencias del otro lado de C son "redundantes".

Sin embargo, parecería que hay contenido de información en las frecuencias aparentemente "redundantes". Por ejemplo, si la señal a modular en una portadora de 1 MHz fuera una onda sinusoidal a 100 Hz, una señal de AM contendría dos frecuencias: 999 900 Hz y 1 000 100 Hz. Recibiendo ambas frecuencias y demodulándolas sería una señal de 100Hz cuya fase coincidiera con la original.

Si la señal estuviera modulada en una sola banda lateral (supongamos que es superior), entonces la señal modulada sería simplemente una señal continua de 1 000 100 Hz. Aunque un receptor sintonizado con precisión a 1.000.000 Hz podría detectar que la señal era una señal de 100 Hz, no veo ningún medio por el cual podría determinar nada sobre la fase de la misma.

Por otro lado, parecería que sería posible tener dos señales moduladas en amplitud en el mismo ancho de banda si las ondas portadoras estuvieran desfasadas 90 grados, siempre que el receptor pudiera discernir qué onda portadora era cuál. Si las señales a modular no tuvieran contenido de CC, se podría obtener tal resultado haciendo que el nivel base de una portadora excediera sustancialmente al de la otra. El receptor estaría sincronizado en fase con la primera señal cuando la intensidad de la portadora primaria (0 grados) estuviera al máximo.

Si se pueden utilizar dos canales de comunicación analógicos simultáneos, ¿la modulación de amplitud de dos señales con frecuencias portadoras desfasadas 90 grados proporcionaría el mismo nivel de eficiencia de ancho de banda que la modulación de banda lateral única? ¿Qué otros trucos existen?

(Por cierto, estoy considerando la idea de realizar una transmisión de espectro ensanchado mediante la modulación de amplitud de una señal de frecuencia media (por ejemplo, 100 000-250 000 Hz) en una portadora de ~900 MHz. La mayoría de los receptores de "espectro ensanchado" que he visto son limitados a recibir un solo canal a la vez, pero creo que el uso de modulación y demodulación analógica permitiría que un DSP procese muchos canales simultáneamente). Sin embargo, para obtener resultados óptimos, uno probablemente tendría que ser capaz de determinar con precisión las fases relativas de las señales que estaba recibiendo.

Respuestas (3)

Su sinusoide modulada de portadora suprimida de banda lateral perfectamente única ciertamente tiene una fase que se puede medir. Sin embargo, lo que no puede decir es cuáles fueron las contribuciones de esa fase medida desde la entrada de audio y el oscilador de RF.

Existe otra forma de modulación de banda lateral única, en la que no solo se transmite una banda lateral sino también el componente de la portadora. Esto proporciona una referencia que se puede usar para sincronizar el LO de recepción con el de transmisión; normalmente se hace para asegurar una sintonización exacta, pero también le daría la posibilidad de recuperar la fase de audio original.

También es bastante posible, especialmente con equipos DSP modernos, transmitir dos canales de audio separados, uno en cada banda lateral. Esto se denomina comúnmente modulación de banda lateral independiente (ISB).

Muchas implementaciones de espectro ensanchado están basadas en DSP y son capaces de recibir múltiples canales a la vez; el GPS es un buen ejemplo.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas relativas de la modulación de banda lateral independiente frente a QAM? Creo que QAM sería más simple de implementar.

¿No estás "simplemente" describiendo la modulación en cuadratura (I/Q)? OTOH Admiro que hayas llegado a la conclusión por ti mismo, sin pensar (conscientemente) en I/Q.

Del artículo de Wikipedia

Como todos los esquemas de modulación, QAM transmite datos cambiando algún aspecto de una señal portadora, o la onda portadora (generalmente una sinusoide) en respuesta a una señal de datos. En el caso de QAM, la amplitud de dos ondas, 90 grados desfasadas entre sí (en cuadratura) se cambia (modula o manipula) para representar la señal de datos. La modulación de amplitud de dos portadoras en cuadratura puede verse de manera equivalente como modulación de amplitud y modulación de fase de una sola portadora.

Encontré por primera vez el término QAM en una descripción de módems de 2400 baudios, que indicaba que mientras los módems de 1200 baudios solo modulaban la fase, los módems de 2400 baudios modulaban tanto la fase como la amplitud. Por lo tanto, asocié el término QAM como una combinación de modulación de fase y amplitud, aunque en muchos sentidos sería más natural pensar en él en términos de modulación de amplitud de dos señales ortogonales en la misma frecuencia. QAM se parece mucho a la modulación de color NTSC, aunque no recuerdo haberlo oído nunca descrito como tal.
Mi familiaridad con los componentes de seno y coseno proviene de un trabajo que hice con DTMF y detección de tonos en un DSP. Lo que hice allí fue calcular los productos punto de piezas de audio entrante de 64 muestras con ondas de referencia de seno y coseno y pasarlas por filtros FIR simétricos. Además de ejecutar el seno y el coseno a través (IIRC) de un filtro de seis etapas, y calculó la suma de los cuadrados. También tomé los valores del seno y el coseno en el tercer toque, calculé la suma de los cuadrados y los pasé por un filtro de tres toques para que la respuesta neta coincidiera con el filtro de seis toques.
Para que una señal se considere DTMF, la suma de los cuadrados de las salidas del sexto toque tenía que estar dentro de un cierto margen de la salida del tercer toque del valor sumado previamente. No he hecho nada con RF, pero creo que uno podría usar la tecnología actual para procesar cosas a 250 KHz usando técnicas muy parecidas a las que usé hace años a 8 KHz. En cualquier caso, por alguna razón, nunca hice la conexión entre el término QAM y el concepto de modular dos señales en la misma frecuencia portadora con una separación de 90 grados, aunque había visto que se usaban tales cosas (por ejemplo, en video NTSC).
Por cierto, en un proyecto diferente tuve que medir la intensidad de la señal de algunas ondas sinusoidales en el rango bajo de Khz (2-8Khz, IIRC) usando un PIC. En lugar de usar la cuadratura, muestreé a 6x la frecuencia de interés y luego hice la suma de cuadrados en p0+p1-p3-p4, p1+p2-p4-p5 y p2+p3-p5-p0. La demodulación basada en onda cuadrada captará todos los armónicos impares de la señal de entrada; el enfoque que usé sirvió para cancelar cada tercer armónico.

En la modulación de amplitud estándar, no hay información adicional presente en la segunda banda lateral; puede suprimir cualquiera de ellos sin pérdida teórica. Esto se debe a que la señal que se utiliza para modular la portadora tiene un valor real. Las señales de valor real tienen una transformada de Fourier que es hermitiana simétrica con respecto a la frecuencia cero; por lo tanto, dado solo un espectro de un lado, puede calcular fácilmente lo que contendría la otra banda lateral.

En su pregunta, parece estar preocupado por determinar la fase de la señal de modulación al observar la fase del componente convertido a 1 MHz + 100 Hz. No hay relación en este caso; como sugiere el nombre, la modulación de amplitud da como resultado una portadora cuya amplitud varía según la señal de modulación. No existe una relación entre la fase de la señal de audio de banda base y la fase de la portadora transmitida en un instante dado.

También ha deducido correctamente que la modulación en cuadratura funciona; dos portadoras ortogonales (es decir, separadas en fase por 90 grados) pueden transportar señales moduladas que pueden detectarse independientemente una de la otra. Esto se usa con frecuencia en técnicas de modulación por desplazamiento de fase, como QPSK, así como enfoques de modulación por desplazamiento de amplitud y fase, como los diversos tipos de QAM.

Con respecto a su proyecto propuesto (supongo que está sugiriendo un sistema de espectro ensanchado de secuencia directa), los sistemas de espectro ensanchado generalmente se implementan utilizando modulación por cambio de fase, no cambio de amplitud. La sincronización es más fácil para señales de envolvente constante y la amplificación de potencia suele ser más eficiente en ese caso. También es común encontrar receptores de espectro ensanchado que pueden recibir datos simultáneamente de más de un transmisor cocanal, como en CDMA .

He estado pensando en varias cosas. Entre ellos, por lo que entiendo, TDMA generalmente funciona en una escala de tiempo macroscópica: utiliza más ancho de banda (transmite datos más rápido) durante un corto período de tiempo y permanece inactivo el resto del tiempo, mientras que CDMA funciona en una escala de tiempo microscópica. (transmitir datos a través de un ancho de banda amplio, pero ser capaz de capturar datos de forma selectiva dentro de ese ancho de banda). ¿Cuáles serían las implicaciones de, por ejemplo, aumentar la tasa de datos 8x, pero tener el transmisor inactivo un 80+% "aleatorio" del tiempo? Imagínese que algunas transmisiones se 'salpicarán', pero use...
...reenviar la corrección de errores para lidiar con eso?
TDMA y CDMA son métodos de acceso múltiple; permiten que múltiples usuarios compartan un canal, divididos ya sea por tiempo o por la codificación de sus transmisiones. No estoy seguro de qué "implicaciones" estás preguntando. El rendimiento de error de bit siempre será una función de la relación señal-ruido en el receptor. Recomendaría un libro de texto sobre teoría de las comunicaciones digitales si está interesado en cómo funcionan realmente estos esquemas. Hay un buen texto de Sklar que puede ayudar.
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