MODULADA

CAMPO DE LA INTENCIÓN

La presente invención se desarrolla en el campo de la ingeniería electrónica e ingeniería de telecomunicaciones principalmente, ya que es un equipo que permite la transmisión de información y señales a través de diversos medios, utilizando una onda portadora y un sistema original modulación.

ANTECEDENTES DE LA INTENCIÓN

A lo largo del siglo pasado y lo que va del presente, se han desarrollado diversos métodos y sistemas para enviar información de un punto a otro a través de largas distancias generalmente usando medios alámbricos o inalámbricos, per» la necesidad de hacer múltiples transmisiones simultaneas sin que la información de cada una de las transmisiones se mescle o se corrompa por la interacción con otras señales, ha llevado al uso de una señal base o frecuencia portadora, la Cira! permite una primera y básica diferenciación entre varias señales que viajan por el mismo medio, las más básicas y tradicionales son la amplitud modulada (AM) y la frecuencia modulada (FM), a estos métodos de modulación, han seguido sistemas tales como FSK, PPM, OGK, etc.

Existe una ley fundamental en la teoría de las comunicaciones que establece que la frecuencia de la portadora o de la señal portadora, debe de ser por lo menos del doble de la frecuencia máxima de la señal de información o señal modeladora; esto establece una barrera teórica al diseño de sistemas de telecomunicación y limita la cantidad de información por segundo o velocidad del sistema. Para poder enviar más información en una determinada banda de frecuencia, inclusive se han usado combinaciones de amplitud modulada con frecuencia modulada, sin embargo, este tipo de tratamiento de la señal produce armónicas secundarias que ensanchan el ancho de banda requerido.

Todos los sistemas tradicionales, como los anteriormente mencionados, se atienen a la limitante de la ley de dos a uno mencionada anteriormente, respetando esta ley básica de las telecomunicaciones; nuestro sistema planto una alternativa de modulación y demodulación, la cual hemos comprobado que permite pasar por encima de dicha ley fundamental, haciendo posible la transmisión de señales de mucha mayor frecuencia utilizando portadoras de hasta la mitad de la frecuencia de la información. REVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El sistema que plantea nuestro diseño, consiste ea un modulador y un demodulador que trabajan sobre la base de una modulación en amplitud, pero enviando información diferente en la paite positiva y en la parte negativa de la onda senoidal que se emplea como portadora, al realizar este tipo de modulación, nuestro sistema puede enviar información a una fteeuen a“2£”, utilizando una portadora de frecuencia“f lo cual a simple vista muestra una incompatibilidad con la ley fundamental de telecomunicaciones que establece que la frecuencia de la portadora debe ser de por lo menos el doble de la frecuencia máxima de modulación, en este caso, estamos logrando transmitir información cuatro veces más rápido de lo que marca la teoría.

El sistema es especialmente útil para enviar información digital en forma serial utilizando una banda de AM y el medio de transporte puede ser tanto alámbrico como inalámbrico, así mismo, este diseño evita la generación de armónicas en exceso, permitiendo su operación dentro de un ancho de banda limitado, contrario a lo que suele suceder con otros sistemas como el OOK que genera gran cantidad de armónicas y su transmisión aparente es de una señal con un espectro muy amplio. La modulación y demodulación en muestro sistema permiten un amplio margen de seguridad frente a! ruido y la facilidad de identificar fácilmente puntos de sincronización.

Los elementos esenciales de nuestro sistema, son el modulador y el demodulador, ios cuales pueden conectarse a otros elementos tradicionales de los sistemas de telecomunicación como son amplificadores, unidades de potencia y antenas o interfaces para transmisión por cable, a fin de integrar un sistema de telecomunicaciones bidireeciemai completo.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una señal portadora y una señal moduladora clásicas.

La figura 2 muestra una señal modulada coa el sistema y la información que esta transporta.

La figura 3 muestra el circuito modulador.

La figura 4 muestra un diagrama de bloques de! receptor de telecomunicaciones. La figura 5 muestra el circuito demodulador.

La figura ó muestra un sistema de comunicación completo integrando el modulador

y el demodulador.

La figura 7 muestra el diagrama de bloques del circuito & centrado a cero

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

El sistema sincrónico de modulación de amplitud modulada objeto de la presente invención, se distingue ente otos sistemas por el hecho de poder manejar frecuencias de señal transmitida igual al doble de la frecuencia portadora; el sistema hace uso de un modulador formado por un microcontrolador que se encarga de controlar a un conjunto de atenuadores que pueden programarse para generar un determinado grado de atenuación tanto a la parte positiva como a la parte negativa de una señal itillvada como portadora y como contraparte cuenta con un demodulador que puede detectar con precisión ios niveles de atenuación que le fueron impuestos a cada medio ciclo de oscilación de la señal portadora, este conjunto de modulador y demodulador constituye la base de este diseño y es lo que le permite la transmisión de señales digitales seriales a velocidades superiores a la de la portadora misma, la naturaleza híbrida de este diseño radica en el uso combinado de electrónica analógica y electrónica digital dentro de los procesos de modulación y demodulación y puede emplearse fácilmente para integrar sistemas de telecomunicación alámbricos, inalámbricos u ópticos; como se ilustra en la figura 1, en los sistemas tradicionales, se utiliza una portadora (2) con una frecuencia de portadora (23) como base de la transmisión, mientras que la señal modeladora (1) puede tener una frecuencia moduladora (48), no mayor a la mitad de la frecuencia de portadora (23), la técnica que es base para nuestro diseño, consiste en utilizar la señal portadora de manera tal que sea posible enviar informaciones diferentes una en la parte positiva de la portadora y otra en la parte negativa, esta técnica mésela un tratamiento analógico de la señal con un tratamiento digital y a diferencia de sistemas como el OOK , se generan muy pocas armónicas parásitas, lo cual contribuye al uso de una estrecha banda de frecuencia para las transmisiones, en la figura 2 se puede apreciar el principio básico de nuestro sistema, el tren de información (4), consistente en una serie de unos y ceros, (información serial), a la que se ha añadido una señal de sincronía (5), es usado para modular una señal senoidal que constituye la portadora, la F (5), se incluye dentro del ton de información (4) serial, para que al momento de demodular 1.a señal, sea posible identificar el inicio y el fin de un texto, página o gráfica determinados, la señal modulada (3) muestra la forma en la cual queda modulada la portadora de manera tal que dentro de esta, hay información distinguible tanto en la parte positiva como en la parte negativa de la señal, los unos y ceros quedan caracterizados dentro de esta seña!, en fondón a su amplitud _» ya sea que se rebase o no unos niveles prefijados de amplitud, tanto positivos como negativos, Vup será la magnitud mínima de amplitud que defina un uno, al igual Vun que lo hace respecto de la parte negativa de la onda _» si el lóbulo o la señal senoidal no rebasa estos niveles _» se considerará un cero, así mismo, es posible generar una señal de sincronía (5), la cual está caracterizada por rebasar el nivel Vs _» pero no llegar a rebasar el nivel Vup; en la figura 2 _» el espacio entre el nivel cero o nivel de referencia y la señal senoidal, ha sido sombreada simplemente por claridad _» se considerará un uno siempre y cuando la señal senoidal sobrepase el nivel Vup en su paite positiva o el nivel Vun en su parte negativa.

La figura 3 muestra un circuito empleado para realizar este tipo de modulación _» en este diagrama, una portadora de frecuencia, es procesada para producir una señal similar a la señal modulada (3) de la figura 2 _» un detector de cruce de cero (29) permite establecer una sincronía adecuada entre la frecuencia (23) de la portadora (2) y el tren de información (4) serial, la salida del detector de cruce de cero (29), se conecta a la entrada de enfasamiento (37) del microcontrolador de modulación (28), equipado este con un cristal de modulación (36) _» el cual permite que las frecuencias de la información (4) y de la frecuencia de portadora (23), permanezcan siempre en concordancia y en fase a manera de referencia temporal; el microcontrolador de modulación (28), cuenta además con la salida de control de ceros (30) y la salida de control de sincronía (31), para cada medio ciclo de la portadora, si se requiere que la portadora represente un UNO, el microcontrolador de modulación (28), no hará nada hasta terminar este medio periodo, si se requiere marcar un CERO en este medio ciclo, el microcontrolador de modulación (28) enviará una señal a la salida de control de ceros (30) lo que provocará que el interruptor de cero (25) se cierre, formando un divisor de tensión con la resistencia de limitación (22) y ei conjunto atenuador de cero (27), lo que determinará que para este medio ciclo, la señal senoidal de la portadora, se atenúe hasta un nivel de magnitud inferior a Vup o a Vun, según se trate de un medio ciclo positivo o negativo de la portadora _» (ver figura 2); la resistencia de limitación de cero (34), sirve para que el corte de la señal resultante en el punto de salida modulada (33), no sea tan abrupto, ya que de no existir esta resistencia, la señal senoidal de la portadora se cortaría formando una meseta de más menos dos voltajes de polarización de un diodo _» (0.7 para un diodo de

S silicio), sin embargo, al incluir la resistencia de limitación de cero (34), la seña! de salida modulada (33), adquiere una forma más redondeada, esto es, con menos armónicas; si se desea marcar una señal de sincronía (5), el microcontrolador de modulación (28), envía una señal a la salida de control de sincronía (31), lo cual cierra momentáneamente el interruptor de sincronía (24), este procedimiento es similar al descrito paro la implantación de un CERO, pero en este caso, la atenuación es mayor, produciéndose una señal de salida que es superior al nivel Vs pero inferior al nivel Vs2 de la figura 2 en magnitud, esto garantiza que la señal de sincronía pueda ser identificada diferenciándola de un UNO o un CERO, en esto caso la atenuación adecuada se logra mediante la acción del conjunto de atenuador de sincronía (26), el cual incluye la resistencia de limitación de sincronía (35), este conjunto trabaja de manera similar al conjunto atenuador de cero (27), pero al tener menos diodos en serie, la atenuación es mayor. Los interruptores (24) y (25), así como la resistencia (22) y ios ensambles (26) y (27). constituyen atenuadores programables que permiten atenuar la señal de la portadora (2) de manera sincrónica y programabie para realizar la modulación.

La figura 4 muestra un diagrama de bloques de los circuitos de demodulación, en este diagrama se ve como una señal modulada (3), se introduce a un control automático de ganancia (38) y posteriormente a un circuito de centrado a cero (39) estos dos circuitos son esenciales para la correcta demodulación de la señal, el control automático de ganancia (38), es un circuito convencional que se encarga de que a su salida la señal tenga una magnitud predeterminada de pico a pico, mientras que el circuito de centrado a cero (39), se encarga de centrar la señal en base a los valores pico positivo y negativo, un simple arreglo de capacitor y resistencia no puede realizar esta labor a satisfacción, ya que el centrado que este tipo de circuito produce, está basado en la cantidad de energía o el área entre la curva y el eje de referencia, balanceando esta magnitud en. sentido positivo y negativo, pero esto no nos sirve para demodular la señal de acuerdo a como fue modulada, la entrada de señal (18) al demodulador (40), debe estar perfectamente centrada respecto del valor máximo positivo y el valor máximo negativo de la señal, de manera tal que se pueda aplicar el circuito de la figura 5 para sincronizar y demodular la señal; como muestra el diagrama de la figura 5, la señal modulada (3), que ha sido previamente centrada, se aplica a la entrada de señal (18) acoplada por el capacitor de entrada (17) y la resistencia (19) de manera tal que esta señal se aplica a las misadas positivas del comparador positivo (6), dei comparador de sincronía (i) y del comparador secundario (49) así como a la entrada negativa del comparador negativo

(7), este conjunto de comparadores de ultra alta velocidad actúan de manera de que si la señal rebasa en magnitud el nivel Vup o el Vun, las salidas correspondientes le darán esta información al microcontrolador de demodulación (12) a través de la entrada uno positivo (13) o la entrada uno negativo (14), si ninguno de estos niveles es rebasado ni positiva ni negativamente, el microcontrolador de demodulación (12) determinará que es un CERO la señal correspondiente a este medio periodo de la señal, si alguno de los dos niveles (Vup o Vun) es rebasado, la señal correspondiente a este medio periodo será un UNO; por otro lado si el comparador de sincronía (8) detecta que la señal ha rebasado el nivel Vs (positivo) determinará que la salida del comparador de sincronía (8), presente un UNO y el capacitor de retraso (21) empezará a cargarse a través de la resistencia de retraso (20), este retraso es necesario para poder diferenciar una señal de sincronía de un UNO o un CERO, ya que un UNO o un CERO rebasarían el nivel Vs2 haciendo que el comparador secundario (49) presente una salida de UNO a la entrada del inversor (9) cuya salida en consecuencia será un CERO, determinando esto que la salida de la compuerta NANO (10) permanezca en UNO independientemente de lo que marque la salida del comparador de sincronía (8), provocando que la ida de la compuerta (1 1) permanezca en CERO siendo esta la señal de la entrada de sincronía (15) del microcontrolador de demodulación (12), indicando que lo que se recibió fue un UNO o un CERO y no una señal de sincronía, ya que solamente se registrara un UNO en la entrada de sincronía (15) cuando exista una verdadera señal de sincronía; un cristal de demodulación (32), le permite al microcontrolador de demodulación (12) verificar el estado de sincronía con la señal modulada (3), a manera de referencia temporal, lo cual permite que el microcontrolador de demodulación (12) presente en su salida (16), la información serial transmitida.

Este método de modulación y demodulación permite integrar fácilmente un sistema completo de telecomunicación tal como se muestra en la figura 6 donde un oscilador (41) y un generador de información serial (42), le proporcionan una portadora (2) y una información (4) serial digital a un circuito modulador (50) como el presentado en la figura 3, la salida modulada (33) se envía a un amplificador de potencia (46) para de ahí derivarlo hacia urna transmisión inalámbrica mediante ana antena de transmisión (43) o una transmisión alámbrica mediante un cable (47); la recepción se hace mediante la acción de una antena de recepción (44) o el cable (47) de comunicación, un amplificador de entrada (45), amplifica la señal hasta niveles adecuados para su manipulación, un control automático de ganancia (38), se encarga de mantener la señal pico a pico con una mínima variación respecto de una magnitud preestablecida para que el circuito de centrado a cero (39) pueda presentarle la señal en el formato necesario al demodulador (40) como el mostrado en la figura 5 y asi obtener la salida (16) correspondiente.

La figura 7 muestra el diagrama de bloques del circuito de centrado a cero (39), el cual cuenta con un rectificador positivo (51), un rectificador negativo (52) y un microcontrolador de ajuste a cero (53), el cual determina los valores máximos positivos y negativos de la señal de entrada y en base a esto, manipula el balance de DC de un amplificador de nivel ajustable (54) de manera tal que la salida del circuito de centrado a cero constituye la señal de entrada para el demodulador, pero ahora perfectamente centrada respecto de los valores máximos y mínimos de la señal.

El elemento primordial para el fimcionamiento correcto de este sistema modulador capaz de transmitir información a frecuencias del doble de la frecuencia de la portadora (cuatro veces el máximo indicado por la teoría de telecomunicaciones) , es la sincronización entre la información y la portadora, para esto el circuito sincronizador de modulación (51), el cual trabaja íntimamente coa el microcontrolador de modulación (28) como se muestra en la figura 3. es esencial para que no se generen armónicas que corrompan la iníbrmación.