Teoría de Telecomunicaciones

 MODULACIÓN

¿Que es Modulación? engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una  onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.

Otras definiciones
"Muchas señales de entrada no pueden ser enviadas directamente hacia el canal, como vienen del transductor. Para eso se modifica una onda portadora, cuyas propiedades se adaptan mejor al medio de comunicación en cuestión, para representar el mensaje".
“ La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal modulada) y puede ser también una codificación”.
“ Las señales de banda base producidas por diferentes fuentes de información no son siempre adecuadas para la transmisión directa a través de un canal dado. Estas señales son en ocasiones fuertemente modificadas para facilitar su transmisión”.

EJEMPLO DE MODULACIÓN

En la figura, se puede observar que la señal portadora es modificada basándose en la amplitud de la señal moduladora y la señal resultante es la que se muestra en el lado derecho de la figura.

LOS PARÁMETROS O MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE UNA SEÑAL ANALÓGICA SON:

*Amplitud

*Frecuencia

*Fase

TIPOS DE MODULACIÓN

Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y vídeo en su forma eléctrica y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora.

MODULACIÓN ANALÓGICA

La modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y vídeo en su forma eléctrica.

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MODULACIÓN POR AMPLITUD (AM).- Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas.

Un modulador AM es un dispositivo con dos señales de entrada, una señal portadora de amplitud y frecuencia constante, y la señal de información o moduladora. El parámetro de la señal portadora que es modificado por la señal moduladora es la amplitud. En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.

MODULACIÓN POR FRECUENCIA (FM).- Este es un caso de modulación donde tanto las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial. En este caso la señal modulada mantendrá fija su amplitud y el parámetro de la señal portadora que variará es la frecuencia, y lo hace de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal moduladora. En otras palabras, la modulación por frecuencia (FM) es el proceso de codificar información, la cual puede estar tanto en forma digital como analógica, en una onda portadora mediante la variación de su frecuencia instantánea de acuerdo con la señal de entrada.

MODULACIÓN POR FASE (PM).- Este también es un caso de modulación donde las señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo de modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia. En este caso el parámetro de la señal portadora que variará de acuerdo a señal moduladora es la fase.

La modulación de fase (PM) no es muy utilizada principalmente por que se requiere de equipos de recepción más complejos que en FM y puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo si una señal tiene una fase de 0º o 180º.

  

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MODULACIÓN POR AMPLITUD DE PULSOS (PMA): Es la más sencilla de las modulaciones        digitales. Consiste en cambiar la amplitud de una señal, de frecuencia fija, en función del símbolo a transmitir. Esto puede conseguirse con un amplificador de ganancia variable o seleccionando la señal de un banco de osciladores.

MODULACIÓN POR ANCHURA DE PULSOS (PWM): De una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (por ejemplo sinusoidal o cuadrada) ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o control de la cantidad de energía que se envía a una carga.

MODULACIÓN POR POSICIÓN DE PULSO (PPM): Es un tipo de modulación en la cual una palabra de M bits es codificada por la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las 2M posiciones posibles. Si esto se repite cada T segundos, la tasa de transmisión es de M/T bits por segundo. Este tipo de modulación se usa principalmente en sistemas de comunicación óptica, donde tiende a haber poca o ningún tipo de interferencia por caminos múltiples.

¿QUE ES BANDA BASE?

Banda de frecuencias producida por un transductor, tal como un micrófono, un manipulador telegráfico u otro dispositivo generador de señales que no es necesario adaptarlo al medio por el que se va a trasmitir. Se denomina banda base al conjunto de señales que no sufren ningún proceso de modulación a la salida de la fuente que las origina, es decir son señales que son transmitidas en su frecuencia original.

Banda base es la señal de una sola transmisión en un canal.

¿QUE ES CODIFICACIÓN?

TRANSFORMACIÓN DE UN CONTENIDO A UN CÓDIGO

¿QUE BUSCA LA CODIFICACIÓN DE UNA SEÑAL?

1. Permitir detectar la presencia de la señal en la línea

2. Disminuir componente continua

3. Proveer sincronismo entre el transmisor y receptor

CODIFICACION DE UNA SEÑAL EN BANDA BASE

Las señales empleadas en banda base se pueden clasificar de la siguiente forma:

                                                                                                                   

En las telecomunicaciones se denomina NRZ porque el voltaje no vuelve a cero entre bits consecutivos de valor uno y se deriva en:

*LAS UNIPOLARES: En este caso un 1 siempre toma una polaridad, positiva o negativa, mientras que un 0 vale siempre 0.

Según el símbolo que posea los números  «0-1» se ponen sobre o bajo el punto medio.

*POLAR DE DOS TENSIONES: Cada valor lógico se codifica con un nivel de tensión en línea.

Cada valor lógico adopta un nivel de tensión «V+» o «V-».

CON TRANSICIONES: Un valor lógico, "0" o "1", se representa en línea como una transición del nivel de tensión al final del intervalo. El otro valor lógico no provoca transición.

Cada vez que llega al número de transición este cambia

MULTINIVEL: Se agrupan en bits y se asigna un nivel de tensión en línea a cada posible combinación.

Ejemplo: agrupaciones de dos bits (4 niveles):

La tensión de linea varía en el intervalo significativo, pasando de actividad a inactividad (0 v) o tomando el valor opuesto (de +V a -V, por ejemplo).

UNIPOLAR RZ-L: Es una codificación polar con retorno a cero en mitad del intervalo.

UNIPOLAR RZ-P: Codificación polar con retorno a cero pasado un porcentaje del intervalo significativo, típicamente tres cuartas o dos terceras partes.

Las POLARES: En este caso la señal tomara valores positivos para un 1 lógico y negativos para un 0 lógico pero nunca toma el valor 0.

Las BIPOLARES: En este caso un dígito toma valor con polaridad alternada mientras que el otro permanece siempre en 0.

BIFASE MANCHESTER: Asocia dos niveles de tensión (+V y -V) a cada valor lógico, con transición a mitad del intervalo. El "0" se codifica como +V/-V y el "1" como -V/+V.

MODULACIÓN DIGITAL

Se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales, por ejemplo una computadora. Las formas básicas de modulación digital son: Modulación de amplitud (ASK), Modulación de frecuencia (FSK), Modulación en fase (PSK) y Modulación de Amplitud en cuadratura (QAM).

ASK (DESPLAZAMIENTO DE AMPLITUD).- ASK (Amplitudes-shift keying), es una modulación de amplitud donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora.

La señal modulada puede representarse gráficamente de la siguiente manera:

La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas, en los transmisores con LED, la expresión de la señal modulada sigue siendo válida. Es decir, un elemento de señal se representa mediante un pulso de luz, mientras que el otro se representa mediante la ausencia de luz. Los transmisores láser tienen normalmente un valor de desplazamiento, "bias", que hace que el dispositivo emita una señal de alta intensidad para representar un elemento y una señal de menor amplitud para representar al otro.

Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes y es usual que una de las dos amplitudes sea cero; es decir uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora a amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora.

FSK (MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA).- La Modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK, (Frequency Shift Keying) es una técnica de transmisión digital de información binaria (ceros y unos) utilizando dos frecuencias diferentes. La señal moduladora solo varía entre dos valores de tensión discretos formando un tren de pulsos donde un cero representa un "1" o "marca" y el otro representa el "0" o "espacio".En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps).

A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate. En esencia el baud-rate es la velocidad o cantidad de símbolos por segundo.

En FSK, el bit rate = baud rate. Así, por ejemplo, un 0 binario se puede representar con una frecuencia f1, y el 1 binario se representa con una frecuencia distinta f2. El módem usa un VCO, que es un oscilador cuya frecuencia varía en función del voltaje aplicado.

  

PSK (MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE).- La modulación por desplazamiento de fase o PSK (Phase Shift Keying) es una forma de modulación angular que consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado.

QAM (MODULACIÓN DE AMPLITUD EN CUADRATURA).- La modulación de amplitud en cuadratura, en inglés Quadrature Amplitude Modulation (QAM), es una modulación digital avanzada que transporta datos cambiando la amplitud de dos ondas portadoras. Estas dos ondas, generalmente sinusoidales, están desfasadas entre si 90° en la cual una onda es la portadora y la otra es la señal de datos. Se utiliza para la transmisión de datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido.

Los tipos de modulación  QAM que hay son:

      8-qam, 16-qam, 64-qam, 128-qam y 256-qam

Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:

Módems telefónicos para velocidades superiores a los 2400 bps.

Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).

Funcionamiento: La modulación QAM consiste en modular por desplazamiento en amplitud (ASK) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura.