¿Por qué balancear una señal RF?

[cosmefulanito04]

Básicamente esa es la pregunta, cuando se trabaja en RF al usar por ej. una codificación tipo Manchester además de permitir la autosincronización, eliminás la componente de continua.

¿Por qué es útil esto último?, lo único que se me ocurre es que puede llegar a molestar a la portadora, pero no me queda del todo claro.

 

[Virtroon]

Bueno, no estoy seguro pero creo que la componente DC no se puede transmitir así que estarías gastando energía amplificandola.
Esperemos que alguien más sepa la respuesta.

 

[cosmefulanito04]

Bueno, no estoy seguro pero creo que la componente DC no se puede transmitir así que estarías gastando energía amplificandola.
Esperemos que alguien más sepa la respuesta.

La verdad que mucho no encontré.

Hasta ahora las dos cosas que creo (suposición) que podría perjudicar que la señal tenga DC es:

- A la hora de amplificar en el receptor, podrías llegar a saturarlo al principio hasta que la ganancia automática se ajuste.

- Perder la componente de continua una vez que se realiza el mezclado con la fol del receptor y se pasá por el filtro FI, lo que complicaría la reconstrucción de la señal.

 

[chclau]

Y una tercera es lo que ya te dijo Virtroon, estas gastando un monton de potencia innecesaria en enviar la componente de DC.

En principio la componente de DC no transmite ninguna informacion, la informacion digital esta en los cambios de estado. Da lo mismo enviar una senial de +2V y -2V, que mandar una senial de 0 a +4V. Las dos llevan la misma informacion pero en la segunda estas gastando un monton de potencia en enviar la componente de continua... que no sirve para nada.

 

[mcrven]

Y una tercera es lo que ya te dijo Virtroon, estas gastando un monton de potencia innecesaria en enviar la componente de DC.

En principio la componente de DC no transmite ninguna informacion, la informacion digital esta en los cambios de estado. Da lo mismo enviar una senial de +2V y -2V, que mandar una senial de 0 a +4V. Las dos llevan la misma informacion pero en la segunda estas gastando un monton de potencia en enviar la componente de continua... que no sirve para nada.

La componente de continua consumirá energía en el TX, pero no sale al aire, no se transmite, a menos de que la estén enviando sobre un cable. Pero, como generalmente se inserta sobre el cable separada por un capacitor, tampoco viajará por él.

Si la señal se acopla sobre cable y se modula en sistema balanceado, ni siquiera será necesario el capacitor ya que no habrá DC sobre el cable o conductor reduciendose así pérdidas. Sería como el caso de los amplificadores de audio acoplados directamente a los parlantes.

 

[Black Tiger1954]

Lo que no entiendo es a qué está referido el tema. Por ejemplo, un cable coaxil es para señales desbalanceadas, un cable de 300 ohms tipo TV es para señales balanceadas.
Se están refiriendo a un modulador balanceado o a una línea de alimentación o a xxx?

 

[cosmefulanito04]

Tenés razón, no los especifiqué bien, la pregunta va orientado a comunicación inalámbrica, los típicos módulos de 433MHz ó 315MHz que usan modulación ASK (o alguna variante) para comunicación digital.

 

[Black Tiger1954]

Perdón Cosme, pero sigo sin entender bien. Si mal no recuerdo, esos módulos tienen tanto entrada como salida desbalanceada. Solo transmiten datos. En qué lugar sería el balanceo?

 

[cosmefulanito04]

Tal vez tengo un error de concepto y por eso ando medio a ciegas, las 2 preguntas que tengo serían:

1- En ASK, ¿tengo portadora a la salida del transmisor?.

Lo que yo entiendo es que si, y ese nivel de portadora depende de la continua que tiene la señal digital que introduzco, si por ejemplo todo el tiempo mandara un 1 lógico, toda la potencia de la señal estaría en la portadora.

2- ¿Tendría algún beneficio en tener una señal digital con duty fijo al 50% (tipo manchester) durante el envío del mensaje, en vez de una señal digital con duty variable (tipo uart)?

Lo que yo entiendo es que si, debido a que por un lado el nivel de la portadora en el transmisor quedaría fijo (si es que se dá lo que puse antes) y por lo tanto al receptor le sería más sencillo recuperar la información, ya que no tendría variaciones en la portadora lo que implicaría no tener que variar la ganancia durante la recepción del mensaje.

Salvando las distancias.... yo me imagino que el ASK funcionaría así (a muy groso modo):



Entonces en forma temporal tendrías algo así:

Usé una señal digital de 0-5v con un periodo de 1mS, mezclado con un tono puro de 100kHz con 1Vp (lo hice a frecuencia baja, para facilitar la simulación), se obtendrían estos espectros:

- Duty 25%



- Duty 50%



- Duty 75%



- Duty 100%



Se puede ver como la portadora va modificando su amplitud en función del duty y además como le va quitando potencia a las demás armónicas que son las que tienen la información (menor duty => mayor ancho de banda).

 

[Black Tiger1954]

En ASK, el 0 lógico es ausencia de portadora. Funciona igual que un emisor telegráfico. Portadora>No portadora. El control de ganancia automático si es que lo tiene, tiene un tiempo de decrecimiento, y se auto ajusta al nivel óptimo en función de la intensidad de la portadora recibida.

 

[cosmefulanito04]

Se supone que el receptor si tiene una ganancia automática, entonce si yo dejo lo más estable posible esa portadora, ¿la comunicación debería mejorar o a larga, da lo mismo que la potencia de la portadora (y la de los armónicos del mensaje) varíen en función del mensaje que se envíe?.

 

[Black Tiger1954]

Si dejás la portadora, entonces no es ASK. La amplitud de la modulación en ASK varía solamente en función de los datos enviados. El transmisor cuando hay un 1 lógico envía toda la portadora posible (la máxima potencia que dispone). Cuando hay un 0 no envía nada. El receptor adecua si AGC si es que lo tiene para recibir la portadora sin saturarse. El AGC baja la ganancia de forma abrupta, pero tiene un retardo al subirla. O sea, cuando está recibiendo la señal, queda "enclavado" por unos instantes y no sigue de forma contínua subiendo y bajando cuando no hay portadora.

 

[cosmefulanito04]

...El AGC baja la ganancia de forma abrupta, pero tiene un retardo al subirla. O sea, cuando está recibiendo la señal, queda "enclavado" por unos instantes y no sigue de forma contínua subiendo y bajando cuando no hay portadora.

Eso que decís es interesante, si la portadora varía de golpe, el receptor puede llegar a perder parte de la información.

Para dejar más en claro las preguntas que hice, si tuviera que mandar este mensaje:

0x15 - 0x78 - 0x01

Enviandolo por UART sin bit de paridad y con un solo bit de stop, el mensaje en binario sería este:

0-10101000-1 => 0-00011110-1 => 0-10000000-1

De ese mensaje el duty "final" del mensaje será:

[LATEX]Duty=\frac{Bits_{on}}{Bits_{mensaje}}=\frac{11bits}{30bits}=0,36[/LATEX]

Si luego mando otro mensaje, por ej este:

0xff - 0x78 - 0xff

0-11111111-1 => 0-00011110-1 => 0-11111111-1

Ahora el duty vale:

[LATEX]Duty=\frac{Bits_{on}}{Bits_{mensaje}}=\frac{23bits}{30bits}=0,76[/LATEX]

Entre el 1er mensaje y el 2do, la variación del duty es importante y como la potencia de la portadora depende de ese Duty, a larga también se verá afectada.

Otro problema que hay en usar la Uart para este tipo de comunicaciones, es que en estado de reposo se encuentra en "1", lo que implicaría estar enviando la portadora todo ese tiempo. Eso es algo relativamente sencillo de arreglar, negando la salida de la Uart antes de llegar al módulo transmisor.

En cambio en una codificación tipo Manchester (1 => 10 y 0 => 01), la idea es trabajar de a 2 bits para equilibrar siempre el duty (pagando el costo de mandar casi el doble de bits para enviar el mismo mensaje que el enviado con la Uart), entonces un mensaje como:

0x15 - 0x78 - 0x01

Pasa a ser:

10 01 10 01 10 01 01 01 => 01 01 01 10 10 10 10 01 => 10 01 01 01 01 01 01 01

Ahora el duty vale:

[LATEX]Duty=\frac{Bits_{on}}{Bits_{mensaje}}=\frac{24bits}{48bits}=0,5[/LATEX]

Y con este otro mensaje:

0xff - 0x78 - 0xff

10 10 10 10 10 10 10 10 => 01 01 01 10 10 10 10 01 => 10 10 10 10 10 10 10 10

Y el duty también vale 0,5:

[LATEX]Duty=\frac{Bits_{on}}{Bits_{mensaje}}=\frac{24bits}{48bits}=0,5[/LATEX]

No importa que tan lago sea el mensaje, siempre el duty será de 0,5 y por lo tanto la ganancia del AGC deberá mantenerse constante ni bien reciba el 1er byte.

 

[Black Tiger1954]

Entre el 1er mensaje y el 2do, la variación del duty es importante y como la potencia de la portadora depende de ese Duty, a larga también se verá afectada.

A ver....... la potencia consumida varía, la potencia total entregada varía, pero la intensidad real instantánea es la misma. Lo que vé el AGC es la tensión que genera la portadora de forma instantánea, y debido al retardo que tiene en aumentar la ganancia, digamos que le da lo mismo. El AGC no sabe nada de potencia, solo sabe de valores picos (en los receptores antiguos era un simple rectificador, con una constante de subida instantánea (casi) y de bajada lenta que polarizaba con tensión negativa las grillas de las válvulas. Con los transistores hacían lo mismo.
Es lo mismo que el control automático de volumen, detecta rápido los picos y los retiene por algún tiempo.
Digamos que si el demodulador da una tensión cuando hay portadora de 1 volt, éso es lo que analiza y actúa en función a ese valor. No le importa el ciclo de trabajo, ya que toma valores picos.

 

[cosmefulanito04]

A ver....... la potencia consumida varía, la potencia total entregada varía, pero la intensidad real instantánea es la misma. Lo que vé el AGC es la tensión que genera la portadora de forma instantánea, y debido al retardo que tiene en aumentar la ganancia, digamos que le da lo mismo. El AGC no sabe nada de potencia, solo sabe de valores picos (en los receptores antiguos era un simple rectificador, con una constante de subida instantánea (casi) y de bajada lenta que polarizaba con tensión negativa las grillas de las válvulas. Con los transistores hacían lo mismo.
Es lo mismo que el control automático de volumen, detecta rápido los picos y los retiene por algún tiempo.
Digamos que si el demodulador da una tensión cuando hay portadora de 1 volt, éso es lo que analiza y actúa en función a ese valor. No le importa el ciclo de trabajo, ya que toma valores picos.

Resumiendo un poco:

- El AGC no es rápido, ante un cambio bruzco tardará un cierto tiempo en responder

- La modulación por ASK implica tener una portadora, que estará dada por la componente en continua de la señal digital y sucesivos ármonicos debido a la señal digital, todos esos ármonicos incluyendo la portadora, estarán corridos a la frecuencia del módulos transmisor (433MHz, 315MHz, etc).

- Si el pico de la portadora depende del valor de la componente de continua de la señal digital, entonces la portadora en modulación ASK depende del duty de la señal digital.

¿Estamos de acuerdo con esto?

 

[Black Tiger1954]

Nop.

El AGC es rápido para bajar la ganancia, más lento para subirla.

El ciclo de trabajo determina cuanto tiempo está en off y cuanto en on. El pico no tiene nada que ver con esto. Siempre va a ser el mismo. Digamos que cuando está en on, a la salida del TX hay 5Vpp. Ése valor no va a cambiar, la tensión pp es la misma, por más que sea contínua o discontínua. Ése valor es el que vé el AGC.

PD: te ajunto una señal simulada de modulación ASK. En verde se vé el dato, en rojo la portadora. Como te imaginarás, aunque varíe el ciclo de trabajo, no va a variar la amplitud de la portadora.

 

[cosmefulanito04]

Nop.

El AGC es rápido para bajar la ganancia, más lento para subirla.

Ok, te tomo la palabra

El tipo es un tanto lento en subir la ganancia, después se puede discutir si mucho o poco.

El ciclo de trabajo determina cuanto tiempo está en off y cuanto en on. El pico no tiene nada que ver con esto. Siempre va a ser el mismo. Digamos que cuando está en on, a la salida del TX hay 5Vpp. Ése valor no va a cambiar, la tensión pp es la misma, por más que sea contínua o discontínua. Ése valor es el que vé el AGC.

Bien, acá es donde no estamos de acuerdo.

Según vos, viendolo desde el transmisor, el nivel de la portadora a la salida será siempre la misma independientemente del mensaje que se envíe. ¿Es correcto?

Según entiendo, la modulación ASK básicamente se compone por la mezcla de una señal digital y una señal cosenoidal, ¿Es correcto?

 

[Black Tiger1954]

Escribimos juntos. Mirá el esquema que puse arriba. No es una mezcla, es como dije antes, un telégrafo, hay portadora, no hay portadora.

 

[cosmefulanito04]

Escribimos juntos. Mirá el esquema que puse arriba. No es una mezcla, es como dije antes, un telégrafo, hay portadora, no hay portadora.

Eso termina siendo una mezcla, donde llevarías la señal digital a la frecuencia de oscilación (convolución en frecuencia).

Osea, de esa señal temporal que publicaste (que estoy de acuerdo que es así), el espectro termina siendo este:



Donde la portadora (la frecuencia central a la que oscila el transmisor) queda definida por el valor que toma la señal digital, es decir su Vpico-digital*Duty*Vpico-cosenoidal y un par de fumatas raras de la convolución.

 

[Black Tiger1954]

Donde la portadora (la frecuencia central a la que oscila el transmisor) queda definida por el valor que toma la señal digital

La verdad no entiendo eso. La frecuencia central el fija, digamos 433 MHz. Las armónicas que genera la señal digital, debido a la baja frecuencia en que trabaja (2400 baudios) queda totalmente fuera del espectro. Y la amplitud de la frecuencia central (la tensión pico a pico que hay tanto a la salida del TX como a la entrada del RX) no varía en función del ciclo de trabajo. Y lo que recibe el receptor, es justamente la frecuencia a que fue ajustado (digamos 433 MHz en este caso).
Te dejo el espectro simulado que produce una modulación de 100kHz ASK sobre una portadora de 433 MHz.