¿Por qué balancear una señal RF?

[cosmefulanito04]

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.

Probá bajandole el Span a esa simulación, y usa una señal cuadrada de aprox. 1mS de periodo y empezá variando el duty a ver que pasa, tendría que llegar a los mismos espectros que puse en el mensaje #9.

Pensá que lo que obtenés es una armónica en 433MHz, y a los costados tenés el ancho de banda de esos 2400baudios (que en el mensaje #9 lo simulé como una señal rectangular con distintos dutys), osea si la señal digital es de 1mS (1kHz), entre cada armónica tenés 1kHz (en realidad, tampoco por que son los armónicos impares solamente), osea si tomamos 5 armónicos tenés 433MHz +/- 10kHz.

 

[Black Tiger1954]

Me parece que lo que vos estás viendo es porque usás un mezclador. Tenés que usar solamente un interruptor que deje o no deje pasar la señal. En la práctica se pueden usar diodos pin para este fin.
Sea como sea, las armónicas estén o no, no tiene nada que ver con la amplitud de la señal fundamental que es la que recibe el receptor. Y ésa amplitud no varía con el ciclo de trabajo.

 

[cosmefulanito04]

Me parece que lo que vos estás viendo es porque usás un mezclador. Tenés que usar solamente un interruptor que deje o no deje pasar la señal. En la práctica se pueden usar diodos pin para este fin.
Sea como sea, las armónicas estén o no, no tiene nada que ver con la amplitud de la señal fundamental que es la que recibe el receptor. Y ésa amplitud no varía con el ciclo de trabajo.

Te dejo las simulaciones, fijate que dan parecido al mensaje #9:

Duty 25%:



Duty 50%:



Duty 75%:



Duty 100%:



Se puede ver que a medida que el Duty aumenta, la potencia en la portadora es mayor y en las bandas laterales (la información) disminuye.

 

[Black Tiger1954]

Analog switch virtual. Está dentro de mixed>mixed virtual.

 

[chclau]

Yo estoy de acuerdo con cosmefulanito, justamente esa es la desventaja de ASK, y es que la amplitud de portadora en frecuencia depende muchisimo de los datos que estas enviando. SI eso es un problema, a veces se usa ASK con modulacion de mucho menos del 100%... o lo que es preferible mucho mas, FSK o PSK.

Modulacion de amplitud digital en aplicaciones practicas generalmente lo he visto solo combinado con modulacion de fase, QAM.

Volviendo a ASK, es facil ver que si enviara una tira de ceros muy larga no tendria portadora, y si mando una tira de unos muy larga tendria solamente portadora. Si mando una tira alternada de ceros y unos tendria maximo contenido espectral, y la amplitud de la portadora (en el analisis frecuencial) seria menor que el valor para "todos unos". Por eso se prefiere FSK o PSK, que tienen envolvente constante y mantienen al amplificador de RF en un punto de trabajo constante.

 

[cosmefulanito04]

Arriba puse como se vería el analizador de espectro a medida que varío el duty.

Yo estoy de acuerdo con cosmefulanito, justamente esa es la desventaja de ASK, y es que la amplitud de portadora en frecuencia depende muchisimo de los datos que estas enviando. SI eso es un problema, a veces se usa ASK con modulacion de mucho menos del 100%... o lo que es preferible mucho mas, FSK o PSK.

Modulacion de amplitud digital en aplicaciones practicas generalmente lo he visto solo combinado con modulacion de fase, QAM.

Volviendo a ASK, es facil ver que si enviara una tira de ceros muy larga no tendria portadora, y si mando una tira de unos muy larga tendria solamente portadora. Si mando una tira alternada de ceros y unos tendria maximo contenido espectral, y la amplitud de la portadora (en el analisis frecuencial) seria menor que el valor para "todos unos". Por eso se prefiere FSK o PSK, que tienen envolvente constante y mantienen al amplificador de RF en un punto de trabajo constante.

Entonces en base a ese problema con la portadora, ¿vos pensas que se puede conseguir mejores resultados usando codificación Manchester para evitarlos? (sin importar que la velocidad se reduzca a la mitad)

Hasta ahora probé con esos módulos y llegue a unos 30mts con antenas "caseras" (cable coaxil de 35cm, aproximadamente) pasando por varias paredes/techos, con antenas comerciales no tuve tanta suerte.

 

[chclau]

Por lo que yo vi, en modulos de radios comerciales para banda ISM (<1GHz), se usa mucho mas FSK, PSK, GPSK, y GPSKn.

GPSK es PSK con filtro gaussiano, GPSKn es PSK con filtro gaussiano y mas de dos fases por simbolo, por ejemplo GPSK4 usa cuatro fases distintas, enviando 2 bits por simbolo. No he visto sinceramente aplicaciones de Manchester sobre radio, Manchester se usa para enviar informacion de reloj en protocolos rapidos (Mbit/s), para transmisiones de radio a unos pocos miles de baud no se si tiene sentido intentarlo, en esos se envia la informacion en forma asincrona con bits de start y stop.

 

[Black Tiger1954]

Perdón pero sigo con lo mío. Supongamos que envío todos unos, en el espectro de frecuencias solo aparece la portadora contínua, y si está bien filtrada, sin armónicas (o al menos 40 o 60 dB por debajo de la señal).
Si envío todos ceros, no hay espectro, ya que no hay portadora. Si envío datos mezclados, aparece y desaparece la portadora. No hay mezcla de señales.

 

[cosmefulanito04]

Por lo que yo vi, en modulos de radios comerciales para banda ISM (<1GHz), se usa mucho mas FSK, PSK, GPSK, y GPSKn.

GPSK es PSK con filtro gaussiano, GPSKn es PSK con filtro gaussiano y mas de dos fases por simbolo, por ejemplo GPSK4 usa cuatro fases distintas, enviando 2 bits por simbolo. No he visto sinceramente aplicaciones de Manchester sobre radio, Manchester se usa para enviar informacion de reloj en protocolos rapidos (Mbit/s), para transmisiones de radio a unos pocos miles de baud no se si tiene sentido intentarlo, en esos se envia la informacion en forma asincrona con bits de start y stop.

Voy a probar con el Manchester, no tanto por el tema de autosincronización, sino para evitar que la portadora varíe mucho, ya que en base a lo que dijo Black, tal vez el amplificador pueda perderle la pista a la señal.

De última tendré que pasarme de tecnología...

Perdón pero sigo con lo mío. Supongamos que envío todos unos, en el espectro de frecuencias solo aparece la portadora contínua, y si está bien filtrada, sin armónicas (o al menos 40 o 60 dB por debajo de la señal).

Exacto, tendrías solo a portadora a la frecuencia de oscilación del módulo.

Si envío todos ceros, no hay espectro, ya que no hay portadora.

Si.

Si envío datos mezclados, aparece y desaparece la portadora. No hay mezcla de señales.

El tema es que estas pensando de forma temporal, la portadora es la armónica que aparece en la frecuencia de oscilación del módulo y no la envolvente de la señal temporal.

Por lo tanto, si vos estas con una llave abriendo y cerrando, controlado por una señal cuadrada, eso es equivalente a estar multiplicando en el dominio temporal una señal con otra:

Salida(t)=Digital(t)*cos(wc.t)

Eso en el dominio de la frecuencia equivale a mezclar los armónicos de la señal cosenoidal con los armónicos de la señal cuadrada (el nombre matemático es convolución en el dominio frecuencial).

Tal vez lo que te confunde, es pensar al mezclador como uno de audio y no un mezclador de frecuencia.

 

[chclau]

Si eso es lo que te preocupa, aparte de Manchester podes aplicar otros metodos, como ser modular ASK a menor porcentaje para tener siempre portadora,... o multiplicar la senial por una sequencia pseudoaleatoria que te garantice que siempre va a haber variaciones de ceros y unos, o enviar datos de paridad de tal manera que aunque tus datos sean todos cero, la paridad sea uno.

Tus circuitos solo saben detectar modulacion de amplitud?

 

[NarXEh]

Buenas!

en si no entiendo del todo el tema del post. Pero voy a intentar ayudar apezar de q mis conocimientos no es tanto como el de ustedes.

Que yo sepa, el ASK tiene mas que ver con la presencia o no de la portadora como nos dice Black Tiger1954 sin importar el duty...

Lo que se me ocurre (para no insultar tanto) seria un circuito que detecte intensidad en la señal de la portadora (un estilo como hacen los analizadores de espectro). Osea seria un amplificador o detector logarítmico que sea capaz de discriminar los dos estados de la portadora. Después una base de tiempo para q se puedan interpretar los datos y listo.

En cuanto a lo del mixer... no seria una entre frecuencias (hablo por las bandas laterales) sino entre un tren de pulsos con una frecuencia del OL.

saludos!

 

[Black Tiger1954]

Me parece que se están mezclando cosas. Por lo que entendí, buscás optimizar el alcance de tus módulos. Y a mi criterio, siendo ASK, no va a cambiar nada porque lo hagas con un protocolo u otro. Lo que vé el receptor (y estamos hablando de módulos específicos y diseñados para ese fin), es la envolvente de la frecuencia fundamental, y esa no cambia con el protocolo.
Si querés más alcance, o utilizás más potencia, o mejores antenas. Pero en tu caso, el aumento de potencia es imposible de manera simple, así que solo te queda jugar con las antenas y la calidad del coaxil y conectores. Esto por supuesto es solo a mí criterio.

 

[cosmefulanito04]

Si eso es lo que te preocupa, aparte de Manchester podes aplicar otros metodos, como ser modular ASK a menor porcentaje para tener siempre portadora,...

No es mala idea eso de jugar con los distintos niveles de portadora, hasta ahora solo había pensado en equilibrarlo al 50%, pero podría jugar un poco con eso a costa de perder velocidad, que en este caso no es del todo importante.

Que yo sepa, el ASK tiene mas que ver con la presencia o no de la portadora como nos dice Black Tiger1954 sin importar el duty...

Estoy de acuerdo que si lo vez a nivel temporal, vas a tener "un pedazo" de senoidal o no en función de tu señal digital. Eso traducido en frecuencia significa una armónica a la frecuencia de oscilación (en este caso, la senoidal) que vendría hacer la portadora y luego un Nº de armónicas que dependen de la señal digital, tal como pusiste.

El tema está en que la armónica que cae en la frecuencia del oscilador (la portadora) depende del nivel de continua de la señal digital, que a diferencia de una señal AM, en esta última siempre hay presencia de portadora.

Me parece que se están mezclando cosas. Por lo que entendí, buscás optimizar el alcance de tus módulos. Y a mi criterio, siendo ASK, no va a cambiar nada porque lo hagas con un protocolo u otro. Lo que vé el receptor (y estamos hablando de módulos específicos y diseñados para ese fin), es la envolvente de la frecuencia fundamental, y esa no cambia con el protocolo.
Si querés más alcance, o utilizás más potencia, o mejores antenas. Pero en tu caso, el aumento de potencia es imposible de manera simple, así que solo te queda jugar con las antenas y la calidad del coaxil y conectores. Esto por supuesto es solo a mí criterio.

Si, yo también creo que va a pasar eso, a lo sumo podré recibir muy pocos paquetes a distancias que antes no lo hacía, pero la mejora no creo que sea considerable.

Acá les dejo este paper que compara FSK y OOK (ASK), en la página 6 menciona el problema que hay con las variaciones en la señal debido al mensaje.

Imágen:



Se puede ver como la señal empieza a decar y no le da tiempo al AGC para levantar parte de la señal, sin embargo a la salida del receptor se consigue recuperar sin problemas la señal original.

 

[Black Tiger1954]

Lindo documento.
Miraste las conclusiones?

CONCLUSION
The following points have been made in this paper:
1. OOK transmitters are simpler than FSK;
2. OOK transmitter current is 50% lower than FSK;
3. SAW based OOK transmitters are more robust when exposed to extreme temperatures, vibration and shock;
4. FSK transmission requires 1.5 times the bandwidth compared to OOK;
5. OOK receivers are simpler than FSK;
6. OOK receiver sensitivity is equal to or better than FSK;
7. Properly implemented, OOK receiver performance in the presence of co-channel interference is generally better than FSK;
8. Properly implemented, OOK receiver performance with amplitude flutter is equal to or better than FSK.

PD: la variación de señal no es producto de la transmisión de datos si no de "Flutter" simulado. O sea, malas condiciones de propagación. Eso pasa con ASK o FSK o cualquier otro sistema.

 

[cosmefulanito04]

PD: la variación de señal no es producto de la transmisión de datos si no de "Flutter" simulado. O sea, malas condiciones de propagación. Eso pasa con ASK o FSK o cualquier otro sistema.

Si es cierto lo que decís, después me lo quede leyendo más detenidamente y hablaba de variaciones de amplitud debido a la rotación de las ruedas que estaban midiendo.

Lindo documento.
Miraste las conclusiones?

CONCLUSION
The following points have been made in this paper:
1. OOK transmitters are simpler than FSK;
2. OOK transmitter current is 50% lower than FSK;
3. SAW based OOK transmitters are more robust when exposed to extreme temperatures, vibration and shock;
4. FSK transmission requires 1.5 times the bandwidth compared to OOK;
5. OOK receivers are simpler than FSK;
6. OOK receiver sensitivity is equal to or better than FSK;
7. Properly implemented, OOK receiver performance in the presence of co-channel interference is generally better than FSK;
8. Properly implemented, OOK receiver performance with amplitude flutter is equal to or better than FSK.

Le termina ganando en todo al FSK... tengo en mis manos técnología más robusta

 

[chclau]

mmmm

No me convence la conclusion. Shannon pensaba otra cosa, y lo demostro. A lo que voy, es que NO es cierto que para aumentar la distancia de una comunicacion, eso se pueda lograr solamente aumentando la potencia o mejorando las antenas.

Hay por lo menos dos metodos mas. Puedo transmitir a velocidad mas baja, o puedo modular utilizando mayor ancho de banda. Shannon demostro que uno puede mejorar la relacion senial ruido utilizando mayor ancho de banda de transmision.

Si debiera guiarme por lo que Uds. dicen, no se entiende por que una radio FM tiene mucha mayor fidelidad que una AM. El reporte que Uds. comentan se basa en condiciones muy especificas, de modulacion FSK en banda angosta comparada con ASK coherente. Creo que, usando modulaciones que aprovechan el hecho de que tenes mucho ancho de banda disponible, podrias lograr mejor alcance sin aumentar la potencia o la ganancia de las antenas.

 

[Black Tiger1954]

A lo que voy, es que NO es cierto que para aumentar la distancia de una comunicacion, eso se pueda lograr solamente aumentando la potencia o mejorando las antenas.

Yo tengo una conexión wireless. La distancia a que estoy de la base es de unos 10 kMts.
Hicimos montones de pruebas, bajando la tasa de transferencia, moviendo las antenas, etc.
Lo único que funcionó fué elevar lo suficente las antenas, usar parabólicas con buena ganancia, y un amplificador de 2 watts en cada lado. Con esto el enlace funciona más o menos bien a 11 Mb. Con una tasa de transferencia menor, la conexión es más estable, pero al final de cuentas, más lenta.
Cuando ya tenés un esquema previo (en este caso los módulos de TX y RX) lo único que queda es las antenas y el cable.
Una cosa es diseñar un enlace y otro adecuarse a lo que uno tiene o dispone.
AM no tiene menor fidelidad que FM, solo tiene menor ancho de banda de audio, y dependiendo de la compresión que usen esto también puede variar.
Al menos lo que yo entendí sobre este tema era si cambiando el protocolo se iba a conseguir con un esquema ya prefijado mejor comunicación, y a mi entender, sigo manifestando que no. Hay que hacer un chequeo de datos, un CRC o algo por el estilo y si hay errores, retransmitir.

 

[cosmefulanito04]

Sobre aumentar la distancia, yo supongo que Black tiene razón, no creo que aumente/disminuya demasiado cambiando la codificación, pero es solo eso una suposición que voy a probarla en la práctica para ver que sucede (de acá a 3 ó 4 semanas, ya que antes no puedo hacer la prueba por falta de tiempo). Si, creo que a lo sumo puedo obtener mayor % de paquetes válidos en las distancias a las que antes si llegaban los mensajes, en base a ese % y la cantidad que antes recibía, veré si vale la pena.

Osea voy a implementar una codificación tipo manchester o alguna variante para jugar con el nivel de la portadora (con esto último si estoy en desacuerdo con Black) y todo eso aplicado a un protocolo ya funcional (con uart ese protocolo funcionaba) que tiene CRC, señales de ACK, direcciones, etc y veremos que pasa, creo que vale la pena intentarlo.

Por lo menos tengo una opinión en el foro a favor de realizar esta prueba..., por eso abrí el tema, pensando que tal vez era una pérdida de tiempo.

 

[chclau]

Yo no hablo de protocolo, sino de la supuesta conclusion del reporte que ASK es SIEMPRE mejor que FSK. Eso no es protocolo, eso es metodo de modulacion.

La radio AM comercial tiene menos fidelidad que la FM, la AM te entrega aprox. 5kHz de ancho de banda MONO, la FM te entrega 15kHz estereo. Si alguien silba, en AM quiza no lo oiga, en FM si. Eso es fidelidad.

Un CD tiene mas fidelidad que FM estereo, y esta mas que AM. El ancho de banda es parte de la fidelidad, la relacion senial ruido de salida, otra.

Por supuesto que nada es gratis, en AM podes escuchar algo incluso en condiciones de ruido muy alto, FM tiene el efecto umbral, por debajo de cierto nivel de s/n no escuchas nada a la salida.

Por supuesto que para un enlace determinado de larga distancia ya es muy poco lo que se puede hacer por la presencia del horizonte, pero estoy (casi) seguro que en una transmision dentro de una casa, una transmision en banda ancha lograra mayor distancia de recepcion que en banda angosta, si se escoge la modulacion (ojo, modulacion, no protocolo) adecuada.

 

[Black Tiger1954]

La radio AM comercial tiene menos fidelidad que la FM, la AM te entrega aprox. 5kHz de ancho de banda MONO, la FM te entrega 15kHz estereo. Si alguien silba, en AM quiza no lo oiga, en FM si. Eso es fidelidad.

Eso es ancho de banda, y salvo referido a un sistema de audio musical, no influye en la fidelidad. Fidelidad es la capacidad de reproducir lo más fielmente, y si ponemos una señal sinusoidal pura de 1kHz, no cambia porque sea AM o FM.
Además insisto, no se está hablando en este hilo sobre las cualidades o no de un sistema u otro, si no, de protocolo con un sistema dado, si no, nos vamos totalmente del tema que preocupa a Cosme.
Él ya tiene unos módulos ASK y más específicamente OOK, solo hay que tratar de mejorar dentro de las posibilidades éste enlace.