Modulación y desmodulación

Modulación

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 de forma simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Según la American National Standard for Telecommunications, la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una onda portadora de acuerdo con una señal que transporta información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en las ondas portadoras.

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.

Onda portadora

Una onda portadora es una onda, generalmente senoidal, modificada en alguno de sus parámetros (amplitud, frecuencia o fase) por una señal de entrada denominada moduladora con el fin de transmitir una información.1​ Esta onda portadora es de una frecuencia mucho más alta que la de la señal moduladora.

Al modular una señal, se desplaza su contenido espectral en frecuencia, ocupando un cierto ancho de banda alrededor de la frecuencia de la onda portadora. Esto permite multiplexar en frecuencia varias señales simplemente utilizando diferentes ondas portadoras y conseguir así un uso más eficiente del espectro de frecuencias.

En telecomunicaciones, la longitud de onda de la onda portadora (λ), expresada en metros (m), de la señal se relaciona con la velocidad de la luz (c), expresada en metros por segundo (m/s), dividida por la frecuencia (f), en hercios (Hz), de acuerdo con la expresión:

Onda sinusoidal

representa el valor de la tensión de la Corriente alterna a través de un tiempo continuamente variable, en un par de ejes cartesianos marcados en amplitud y tiempo. Responde a la corriente de canalización generada en las grandes plantas eléctricas del mundo. También responden a la misma forma, todas las corrientes destinadas a generar los campos electromagnéticos de las ondas de radio.

La Corriente alterna se genera por diferentes métodos. Los más utilizados son los mecánicos rotativos, o alternadores de las bobinas eléctricas, para grandes potencias, y los electrónicos cuando las mismas son pequeñas. Esta manera de generar la corriente, determinará su Ley de Variación con respecto al tiempo.

¿Porque se modula una señal?

Es necesario modular las señales por diferentes razones:

1) Si todos los usuarios transmiten a la frecuencia de la señal original o moduladora, no será posible reconocer la información inteligente contenida en dicha señal, debido a la interferencia entre las señales transmitidas por diferentes usuarios.

2) A altas frecuencias se tiene mayor eficiencia en la transmisión, de acuerdo al medio que se emplee.

3) Se aprovecha mejor el espectro electromagnético, ya que permite la multiplexación por frecuencias.

Multiplexación: es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexación. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio.

4) En caso de transmisión inalámbrica, las antenas tienen medidas más razonables.

En resumen, la modulación permite aprovechar mejor el canal de comunicación ya que posibilita transmitir más información en forma simultánea por un mismo canal y/o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.

Método de modulación

Uno de los objetivos de las comunicaciones es utilizar una frecuencia portadora como frecuencia básica de una comunicación, pero modificándola siguiendo un proceso denominado modulación para codificar la información en la onda portadora.¹​

Las formas básicas de Modulación son:

·         Amplitud

Modulación en Amplitud - Doble banda lateral con portadora - AM

Doble banda lateral sin portadora - DBL-SP

Banda lateral única - BLU

·         Angular

Modulación en Frecuencia - FM

Modulación en Fase - PM

  

 

Modulación analógica y digital

Analógica

Se utiliza cuando se desea transmitir la señal analógica a una frecuencia diferente o con un ancho de banda menor. La modulación se puede realizar utilizando cambios de amplitud, frecuencia o fase de la señal portadora.

La modulación de amplitud (AM) es una técnica utilizada en la comunicación electrónica, más comúnmente para la transmisión de información a través de una onda transversal de televisión. La modulación en amplitud (AM) funciona mediante la variación de la amplitud de la señal transmitida en relación con la información que se envía.

Contrastando esta con la modulación de frecuencia, en la que se varía la frecuencia, y la modulación de fase, en la que se varía la fase. A mediados de la década de 1870, una forma de modulación de amplitud, inicialmente llamada "corrientes ondulatorias", fue el primer método para enviar con éxito audio a través de líneas telefónicas con una calidad aceptable.

La frecuencia modulada (FM) o modulación de frecuencia es una modulación angular que transmite información a través de una onda portadora variando su frecuencia.

Es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM.

Un formulario de banda estrecha se utiliza para comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la sigla en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar ancho de banda. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.

Digital

Es un proceso mediante el cual se trasforman los símbolos digitales en forma de onda adecuadas para la transmisión sobre un canal de comunicación.

La modulación digital se divide dos clases:

- PSK (Phase shift keying) Codificación por cambio de fase.

- QAM (Quadrature amplitude modulatio) En este caso se cambia la amplitud y fase de la

portadora según la modulación/señal digital que representa los datos.

Técnicas de Modulación Digital: Los códigos básicos son:

Código RZ

Código NRZ

Código BIO

CARACTERÍSTICAS DE LA MODULACIÓN DIGITAL 

Filtrado del canal: Una particularidad del espectro en la transmisión digital es que en un instante de tiempo todo el espectro transmitido le corresponde al mismo bit (canal de información). El espectro de la señal digital antes del modulador es recortado mediante un filtro pasabajos; luego del modulador se filtra mediante un filtro pasabanda.

Modulación Coherente: Donde no ocurre variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor. Si la fase de la señal permanece, es decir no se experimenta un cambio brusco de ésta, el método se denomina Modulación de Frecuencia Coherente.

Modulación No Coherente: Donde puede ocurrir variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor.

Desmodulación

En globa el conjunto de técnicas utilizadas para recuperar la información transportada por una onda portadora, que en el extremo transmisor había sido modulada con dicha información. Este término es el opuesto a modulación.

Así en cualquier telecomunicación normalmente existirá al menos una pareja modulador-desmodulador. El diseño del desmodulador dependerá del tipo de modulación empleado en el extremo transmisor.

Técnicas

Hay varias maneras de desmodulación dependiendo de cómo se transmiten los parámetros de la banda base de la señal, en la señal portadora, como amplitud, frecuencia o fase. Por ejemplo, para una señal modulada con una modulación lineal, como Amplitud Modulada (AM), se puede utilizar un detector sincrónico. Por otra parte, para una señal modulada con una modulación angular, como Frecuencia Modulada (FM), se puede utilizar un detector con lazo de seguimiento de fase (Phase-Locked Loop, PLL).

Muchas técnicas, como: recuperación de portador, recuperación de reloj, deslizamiento de la broca, sincronización de marco, receptor rake, compresión de pulso, indicador de fuerza de señal de recepción, detección y corrección de errores, etcétera; son solo realizadas por demoduladores, aunque cualquier demodulador específico puede realizar solo algunas o ninguna de estas técnicas.