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Modulación en Telecomunicaciones

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by

Raul Benitez Ortega

on 10 October 2013

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Modulación en Telecomunicaciones
Concepto
Según la American National Standard for Telecommunications (ANST), la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una portadora de acuerdo con una señal que transporta información.
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.
Modulación
La 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. Tres aspectos de la onda portadora básica se pueden modular: Amplitud, Frecuencia y Fase (Ángulo).
Técnicas de Modulación Analógica
Modulación de la amplitud (AM o amplitud modulada).
Modulación de la frecuencia (FM o frecuencia modulada).
Modulación de la fase (PM o fase modulada).
Técnicas de Modulación Digital
Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitude Shift Keying). Desactiva la amplitud durante toda la trayectoria
Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK,Frecuency Shift Keying). Salta a una frecuencia extrema.
Modulación por desplazamiento de fase (PSK, Phase Shift Keying). Desplaza la fase 180 grados.
Modulación en doble banda lateral (DSB)
Modulación de amplitud (AM)
Modulación de fase (PM)
Modulación de frecuencia (FM)
Modulación banda lateral única (SSB, ó BLU)
Modulación de banda lateral vestigial (VSB, VSB-AM, ó BLV)
Modulación de amplitud en cuadratura (QAM)
Modulación por división ortogonal de frecuencia (OFDM),= 'Modulación por multitono discreto' (DMT)
Modulación por división ortogonal de frecuencia codificada (COFDM).
Modulación de Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS)
Modulación por longitud de onda
Modulación en anillo
Modulación por impulsos codificados (PCM)
Modulación por anchura de pulsos (PWM)
Modulación por duración de pulsos (PDM)
Modulación por amplitud de pulsos (PAM)
Modulación por posición de pulsos (PPM)
Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK)
Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK)
Modulación por desplazamiento de fase (PSK)
Modulación por desplazamiento de amplitud y fase (APSK o APK)
Tipos de Modulación
modulación en doble banda lateral
Double Side Band (DSB), es una modulación lineal que consiste en modificar la amplitud de la señal portadora en función de las variaciones de la señal de información o moduladora. La modulación en doble banda lateral equivale a una modulación AM, pero sin reinserción de la portadora.
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. 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.
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
Frecuencia modulada
La frecuencia modulada es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (véase Radio FM). 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 siglas en inglés "Narrow-FM") es utilizada para ahorrar banda estrecha. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.
Modulación en banda lateral única
(BLU) o (SSB) (del inglés Single Side Band) es una evolución de la AM. La banda lateral unica es muy importante para la rama de la electrónica básica ya que permite transmitir señales de radio frecuencia que otras modulaciones no pueden transmitir.
En la transmisión en Amplitud Modulada se gasta la mitad de la energía en transmitir una onda de frecuencia constante llamada portadora, y sólo un cuarto en transmitir la información de la señal moduladora (normalmente voz) en una banda de frecuencias por encima de la portadora. El otro cuarto se consume en transmitir exactamente la misma información, pero en una banda de frecuencias por debajo de la portadora. Es evidente que ambas bandas laterales son redundantes, bastaría con enviar una sola. Y la portadora tampoco es necesaria.
Ventajas y desventajas de la BLU
La superioridad tecnológica de la Banda Lateral Única sobre la Amplitud Modulada reside en esa necesidad de gastar sólo un cuarto de la energía para transmitir la misma información. En contrapartida, los circuitos de transmisores y receptores son más complejos y más caros.
Otra ventaja de esta modulación sobre la AM estriba en que la potencia de emisión se concentra en un ancho de banda más estrecho (normalmente 2,4 kilohercios); por lo tanto, es muy sobria en el uso de las frecuencias, permitiendo más transmisiones simultáneas en una banda dada.
La modalidad de mayor uso es la USB (banda lateral superior, del inglés Upper Side Band). Por razones históricas, en el servicio de radioaficionados para frecuencias por debajo de 10.7 MHz se transmite sólo la banda inferior (LSB), y por encima, sólo la banda superior (USB). La LSB también se utiliza en algunas comunicaciones marinas.
Modulación de amplitud en cuadratura
(conocida también como QAM por las siglas en inglés de Quadrature amplitude modulation) es una técnica que transporta datos, mediante la modulación de la señal portadora, tanto en amplitud como en fase. Esto se consigue modulando una misma portadora, desfasada en 90°. La señal modulada en QAM está compuesta por la suma lineal de dos señales previamente moduladas en Doble Banda Lateral con Portadora Suprimida.
Se asocian a esta tecnología aplicaciones tales como:
Modems telefónicos para velocidades superiores a los 2400bps.
Transmisión de señales de televisión, microondas, satélite (datos a alta velocidad por canales con ancho de banda restringido).
Modulación TCM (Trellis Coded Modulation), que consigue velocidades de transmisión muy elevadas combinando la modulación con la codificación de canal.
Módems ADSL que trabajan en el bucle de abonado, a frecuencias situadas entre 24KHz y 1104KHz, pudiendo obtener velocidades de datos de hasta 9Mbps, modulando en QAM diferentes portadoras.
Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales
en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), o Discrete Multi-tone Modulation (DMT) es una multiplexación que consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información, la cual es modulada en QAM o en PSK.
Normalmente se realiza la multiplexación OFDM tras pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión, entonces esta multiplexación se denomina COFDM, del inglés Coded OFDM.
Debido al problema técnico que supone la generación y la detección en tiempo continuo de los cientos, o incluso miles de portadoras equiespaciadas que forma OFDM, los procesos de multiplexación y demultiplexación se realizan en tiempo discreto mediante la IDFT y la DFT respectivamente.
Modulación por multitono discreto
en inglés Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), también llamada modulación por multitono discreto, en inglés Discreet Multitone Modulation (DMT), es una modulación que consiste en enviar la información modulando en QAM o en PSK un conjunto de portadoras de diferente frecuencia.
Normalmente se realiza la modulación OFDM tras pasar la señal por un codificador de canal con el objetivo de corregir los errores producidos en la transmisión, entonces esta modulación se denomina COFDM, del inglés Coded OFDM.
Espectro ensanchado por secuencia directa
(< inglés direct sequence spread spectrum o DSSS), también conocido en comunicaciones móviles como DS-CDMA (acceso múltiple por división de código en secuencia directa), es uno de los métodos de codificación de canal (previa a la modulación) en espectro ensanchado para transmisión de señales digitales sobre ondas radiofónicas que más se utilizan. Tanto DSSS como FHSS están definidos por la IEEE en el estándar 802.11 para redes de área local inalámbricas WLAN. Este esquema de transmisión se emplea, con alguna variación, en sistemas CDMA asíncronos (como por ejemplo UMTS).
Modulación por longitud de onda
Mide la amplitud del espectro de picos, (cresta a cresta o valle a valle de la onda) que se superponen a la interferencia y la inestabilidad de la radiación de fondo. La modulación por longitud de onda utiliza un sistema modulador de longitud de onda que varía la longitud de onda de observación en forma periódica. Puede consistir por ejemplo, de una oscilación de voltaje aplicado a un láser de diodo sintonizable
Modulación en anillo
es una señal de procesamiento de efectos en la electrónica, en relación con modulación de amplitud o frecuencia mixta. Es realizada por la multiplicación de dos señales, donde una es típicamente una onda sinusoidal u otra forma de onda simple. Es denominada de modulación anillo porque el circuito análogo de diodos usado inicialmente para aplicar esta técnica tomó forma de anillo. Este circuito es similar a un puente rectificador, excepto que en lugar de los diodos se enfrentan izquierda o derecho, van en sentido a las agujas del reloj o antihorario.
Modulación por amplitud de pulsos
La modulación PAM en donde la posición y el ancho quedan fijos y la amplitud es la que varía. Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si representamos las amplitudes en el plano complejo tenemos lo que se llaman constelaciones de señal (incluir dibujo). En función del número de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-PAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM.
Modulación por posición de pulso
o en inglés, Pulse Position Modulation (PPM), En donde la Amplitud y el ancho son fijos y la posición en variable, es un tipo de modulación en la cual una palabra de R bits es codificada por la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las 2^M posiciones posibles. Si esto se repite cada X segundos, la tasa de transmisión es de R/X bits por segundo.
Modulación por desplazamiento de amplitud
en inglés Amplitude-shift keying (ASK), es una forma de modulación en la cual se representan los datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora. La amplitud de una señal portadora análoga varía conforme a la corriente de bit (modulando la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s.
Modulación por desplazamiento de frecuencia
(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".
Modulación por desplazamiento de fase
La modulación PSK se caracteriza porque la fase de la señal portadora representa cada símbolo de información de la señal moduladora, con un valor angular que el modulador elige entre un conjunto discreto de "n" valores posibles.
Un modulador PSK representa directamente la información mediante el valor absoluto de la fase de la señal modulada, valor que el demodulador obtiene al comparar la fase de esta con la fase de la portadora sin modular.
Modulación por desplazamiento de amplitud y fase
Es un caso particular, donde la información digital es representada por diferentes frecuencias pero de tonos de audio. No cambia la frecuencia de la portadora, sino que corresponde a un paso previo a la modulación de la portadora.
El resultado de este proceso es una señal análoga que se encuentra en el espectro audible (hasta los 15 kHz app). Esta es utilizada como información que modula análogamente a la portadora, a través de métodos tradicionales (AM, FM)
PRESENTADO POR:

JUAN CAMILO JIMENEZ PARADA
RAUL BENITEZ ORTEGA
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