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FUNDAMENTOS DE MODULACIÓN Y DEMODULACIÓN

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on 13 September 2013

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UNIDAD 2
Fundamentos de modulación y demodulación
En telecomunicación el término modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda senoidal.
Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que permitirá transmitir más información simultánea y/o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.
Nace de la necesidad de transportar una información a través de un canal de comunicación a la mayor distancia y menor costo posible.
Existen varias razones para modular, entre ellas:
Facilita la propagaciòn de la señal de información por cable o por el aire.
Ordena el radioespectro, distribuyendo canales a cada información distinta.
Disminuye dimensiones de antenas.
Optimiza el ancho de banda de cada canal.
Evita interferencia entre canales.
Protege a la información de las degradaciones por ruido.
Define la calidad de la información trasmitida.
DEMODULACIÓN
Una vez llegada la señal al receptor se hace necesario llevar la información a su rango original de frecuencias para poder ser entendida. Este proceso recibe el nombre de demodulación o deteccion.
DEMODULACION POR PLACA Y COLECTOR
DEMODULACION POR DIODO
DEMODULACION AM
Realizada a partir de señales analógicas, como la voz, audio y video en
forma
eléctrica.

Modulación analógica
Modulación analógica comunes:
AM:
Modulación
en
Amplitud

FM:
Modulación
en
Frecuencia

PM:
Modulación
en
Fase

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 portadora de radio. Funciona mediante la variación de la amplitud de la señal transmitida en relación con la información que se envía.
Tanto las radios AM como la parte de la imagen en una señal de televisión, usan modulación de amplitud para codificar la información. En este modo, la amplitud de la onda sinusoidal – sus picos de voltaje – cambian y varían.
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
DEMODULACION FM

Es más complejo que el de AM. Se utilizan sobre todo dos métodos:

Discriminador reactivo. Se basa en llevar la señal de FM a una reactancia, normalmente bobinas acopladas, de forma que su impedancia varíe con la frecuencia. La señal de salida aparece, entonces, modulada en amplitud y se detecta con un detector de envolvente.

Detector con PLL. La señal del PLL proporciona la señal demodulada. Existen muchas variaciones según la aplicación, pero estos detectores suelen estar en circuitos integrados que, además, contienen los amplificadores de RF y frecuencia intermedia. Algunos son una radio de FM completa (TDA7000).
MODULACIÓN DE FASE
Es una modulación que se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía en forma directamente proporcional de acuerdo con la señal modulante.

La modulación de fase no suele ser muy utilizada porque se requieren equipos de recepción más complejos que los de frecuencia modulada.
Además puede presentar problemas de ambigüedad para determinar si una señal tiene una fase de 0º o 180º.
DIGITAL
Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes de la misma se representan mediante valores discretos en lugar de variables continuas.
Características de las Señales
Ancho de Banda (BW)
El ancho de banda absoluto es
la anchura del espectro de una onda.
Capacidad
Se refiere a la máxima velocidad de transmisión que se puede alcanzar
siendo n el número de niveles o el número de niveles o de estados significativos de la señal.
Teorema de Shannon-Hartley
Es una aplicación del teorema de codificación para canales con ruido. La ley debe su nombre a Claude Shannon y Ralph Hartley.
El teorema establece la capacidad del canal de Shannon, una cota superior que establece la máxima cantidad de datos digitales que pueden ser transmitidos sin error (esto es, información) sobre dicho enlace de comunicaciones con un ancho de banda específico y que está sometido a la presencia de la interferencia del ruido.
En las hipótesis de partida, para la correcta aplicación del teorema, se asume una limitación en la potencia de la señal y, además, que el proceso del ruido gausiano es caracterizado por una potencia conocida o una densidad espectral de potencia.
Teniendo en cuenta la manera como el ruido afecta la transmisión de datos, llegó a la siguiente formulación:
Siendo S la potencia máxima del canal, N la potencia máxima del ruido sobre el canal y S/N la relación potencia ruido del canal.
Muestreo
Consiste en tomar muestras (medidas) del valor de la señal n veces por segundo, con lo que tendrán n niveles de tensión en un segundo.
Cuantificación
en la cuantificación se asigna un determinado valor discreto a cada uno de los niveles de tensión obtenidos en el muestreo.
Codificación
a cada nivel de cuantificación se le asigna un código binario distinto, con lo cual ya tenemos la señal codificada y lista para ser transmitida.
MULTIPLEXADO
Combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor.
Existen muchas estrategias de multiplexación según el protocolo de comunicación empleado, que puede combinarlas para alcanzar el uso más eficiente; los más utilizados son:
Multiplexación por División en Frecuencia (MDF)
Es una técnica que consiste en dividir mediante filtros el espectro de frecuencias del canal de transmisión y desplazar la señal a transmitir dentro del margen del espectro correspondiente mediante modulaciones, de tal forma que cada usuario tiene posesión exclusiva de su banda de frecuencias (llamadas subcanales).
En el extremo de la línea, el multiplexor encargado de recibir los datos realiza la demodulación la señal, obteniendo separadamente cada uno de los subcanales. Esta operación se realiza de manera transparente a los usuarios de la línea. Se emplea este tipo de multiplexación para usuarios telefónicos, radio, TV que requieren el uso continuo del canal.
Este proceso es posible cuando la anchura de banda del medio de transmisión excede de la anchura de banda de las señales a transmitir.
Multiplexación por División en el Tiempo (MTC)
Es una técnica para compartir un canal de transmisión entre varios usuarios. Consiste en asignar a cada usuario, durante unas determinadas "ranuras de tiempo", la totalidad del ancho de banda disponible. Esto se logra organizando el mensaje de salida en unidades de información llamadas tramas, y asignando intervalos de tiempo fijos dentro de la trama a cada canal de entrada.
En un MDT a nivel de bit, cada trama contiene un bit de cada dispositivo explorado. El MDT de caracteres manda un carácter en cada canal de la trama. El segundo es generalmente más eficiente, dado que requiere menos bits de control que un MDT de bit. La operación de muestreo debe ser lo suficientemente rápida, de forma que cada buffer sea vaciado antes de que lleguen nuevos datos.
Multiplexación estadística
En situaciones reales, ningún canal de comunicaciones permanece continuamente transmitiendo, de forma que, si se reserva automáticamente una porción del tiempo de transmisión para cada canal, existirán momentos en los que, a falta de datos del canal correspondiente, no se transmita nada y, en cambio, otros canales esperen innecesariamente. La idea de esta multiplexación consiste en transmitir los datos de aquellos canales que, en cada instante, tengan información para transmitir.
Los multiplexores MDT estadísticos (MDTE) asignan dinámicamente los intervalos de tiempo entre los terminales activos y, por tanto, no se desaprovecha la capacidad de la línea durante los tiempos de inactividad de los terminales
MODULACIÓN POR CODIFICACIÓN DE PULSO (PCM)
Se transmiten múltiples canales de datos digitales en forma serial.
A cada canal se asigna una ranura de tiempo de tiempo en el cual se transmiten los datos.
Los flujos de datos se intercalan y transmiten en forma consecutiva.
MULTIPLEXORES PCM
DEMULTIPLEXORES PCM
MULTIPLEXADO Y DEPULTIPLEXADO
¿QUE ES?
Combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor.
Multiplexación por división de tiempo (TDM)

La multiplexación por división de tiempo (Time Division Multiple Access o TDMA) es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de transmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de transmisión. El Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) es una de las técnicas de TDM más difundidas.
es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo).


Multiplexación por división de frecuencia
La multiplexación por división de frecuencia (MDF) o (FDM), del inglés Frequency Division Multiplexing, es un tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de transmisión analógicos. La forma de funcionamiento es la siguiente: se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y se transmite en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así se pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.

Multiplexación por división de longitud de onda
En telecomunicación, la multiplexación por división de longitud de onda (WDM, del inglés Wavelength Division Multiplexing) es una tecnología que multiplexa varias señales sobre una sola fibra óptica mediante portadoras ópticas de diferente longitud de onda, usando luz procedente de un láser o un LED.
Los primeros sistemas WDM aparecieron en torno a 1985 y combinaban tan sólo dos señales. Los sistemas modernos pueden soportar hasta 160 señales y expandir un sistema de fibra de 10 Gb/s hasta una capacidad total 25,6 Tb/s sobre un solo par de fibra.


La multiplexación por división de código

Acceso múltiple por división de código o CDMA (del inglés Code Division Multiple Access) es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basados en la tecnología de espectro expandido.
La traducción del inglés spread spectrum se hace con distintos adjetivos según las fuentes; pueden emplearse indistintamente espectro ensanchado, expandido, difuso o disperso para referirse en todos los casos al mismo concepto.
Existen muchas estrategias de multiplexación según el protocolo de comunicación empleado, que puede combinarlas para alcanzar el uso más eficiente; los más utilizados son:
En la figura siguiente se representa, esquematizada de forma muy simple, un conjunto multiplexor-demultiplexor para ilustrar como se realiza la multiplexación-desmultiplexación por división de tiempo.
Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM, que ocupa un espectro de frecuencias de 535 a 1605 kHz. Si se transmitiera el audio de cada estación con el espectro original de frecuencias, sería imposible separar una estación de las demás. En lugar de ello, cada estación modula por amplitud una frecuencia distinta de portadora, y produce una señal de doble banda lateral de 10KHz.

En la siguiente imagen se representa, de forma muy esquematizada, un conjunto multiplexor-demultiplexor por división de frecuencia para tres canales, cada uno de ellos con el ancho de banda típico del canal telefónico analógico (0,3 a 3,4 kHz).

Este término se refiere a una portadora óptica (descrita típicamente por su longitud de onda) mientras que la multiplexación por división de frecuencia generalmente se emplea para referirse a una portadora de radiofrecuencia (descrita habitualmente por su frecuencia). Sin embargo, puesto que la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales, y la radiofrecuencia y la luz son ambas formas de radiación electromagnética, la distinción resulta un tanto arbitraria.
En el campo de las telecomunicaciones el demultiplexor es un dispositivo que puede recibir a través de un transmisión compartido una señal compleja multiplexada y separar las distintas señales integrantes de la misma encaminándolas a las salidas correspondientes. La señal compleja puede ser tanto analógica como digital y estar multiplexada en cualquiera de las distintas formas posibles para cada una de ellas.


El demultiplexor, es un circuito combinacional que aunque la función básica es la que hemos explicado, puede utilizarse en muchos casos como decodificador y adopta cualquiera de las funciones que un decodificador realiza.
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