Diseño e implementación de un modulador y demodulador digital para FM

Abstract

El avance tecnológico y las exigencias del mercado obligan a las empresas dedicadas a la fabricación de dispositivos electrónicos a buscar alternativas de desarrollo más flexibles y reutilizables que los complejos sistemas analógicos. En el campo de las comunicaciones eléctricas un ejemplo claro es el auge de los sistemas de radio definidos por software (SDR). La creciente capacidad de los dispositivos de lógica reconfigurable ha hecho posible implementar sistemas complejos en un espacio relativamente pequeño. Sobresale el desarrollo de funciones de procesamiento digital de señales aplicadas al campo de las comunicaciones eléctricas, tales como filtrado espectral, traslado en frecuencia, modulación y demodulación. En este documento se presenta el diseño e implementación de los algoritmos de modulación y demodulación en frecuencia usando lenguaje descriptivo de hardware (HDL). El funcionamiento de los modelos teóricos de los módulos fue validado mediante simulaciones realizadas en MATLAB, previo a la implementación del código en HDL. Posteriormente, se realizaron simulaciones usando la herramienta ModelSim. Para comprobar el funcionamiento de los módulos ante señales reales se utilizó una tarjeta de desarrollo XtremeDSP, la cual contiene FPGAs, DACs y ADCs. Las señales obtenidas, tanto con el modulador como con el demodulador, se observaron usando el instrumento HP8920A RF COMMUNICATIONS TEST SET. Para el modulador su comportamiento se contrastó con el de un modulador analógico comercial. En ambos casos se hicieron mediciones de distorsión, SINAD, piso de ruido y ancho de banda ocupado. Además, se verificó que el espectro de la señal cumple con la ecuación matemática que se usa para calcular los niveles de cada una de las bandas laterales. En el demodulador se verificó que la señal obtenida a la salida tuviera las mismas características de frecuencia, amplitud y forma de onda de la señal moduladora. Además, se incluye la implementación de un algoritmo de modulación FM utilizando un lenguaje de alto nivel. Los resultados de las señal moduladas usando este algoritmo fueron revisados con MATLAB.