REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”EXTENSIÓN MATURÍN

MODULACIÓN

Autor:Oscar Ariza, C.I:26.117.819

Maturín, Enero del 2017.

1) Definición de modulación.

La modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar

información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Se

hace en un transmisor mediante un circuito llamado modulador. Una portadora

sobre la que ha actuado una señal de información se llama onda modulada o

señal modulada.

Una señal portadora es una onda eléctrica que puede ser modificada en alguno

de sus parámetros por la señal de información (sonido, imagen o datos) para

obtener una señal moduladora y que se transporta por el canal de

comunicaciones.

2) ¿Por qué se modula?

El uso de una onda portadora también soluciona muchos problemas de circuito,

antena, propagación y ruido. Por ello, una antena práctica debe tener un

tamaño aproximado al de la longitud de onda de la onda electromagnética de la

señal que se va a transmitir. Si las ondas de sonido se difundieran

directamente en forma de señales electromagnéticas, la antena tendría que

tener más de un kilómetro de altura. Usando frecuencias mucho más altas para

la portadora, el tamaño de la antena se reduce significativamente porque las

frecuencias más altas tienen longitudes de ondas más cortas.

3) Tipos de modulación.

• Modulación Analógica: AM, FM, PM

• Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM

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.

La expresión matemática de la señal modulada en amplitud está dada por:

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. 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.

La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda

moduladora, esto es, si aplicamos una moduladora de 100 Hz , la onda

modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su

frecuencia central , que es la portadora; además el grado de esta variación

dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que se

denomina “índice de modulación”.

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.

Los siguientes son algunos de casos extremos de estas técnicas:

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.

4) Velocidad de propagación y Longitud de onda.

La longitud de onda es la distancia real que recorre una perturbación (una

onda) en un determinado intervalo de tiempo. Ese intervalo de tiempo es el

transcurrido entre dos máximos consecutivos de alguna propiedad física de la

onda. En el caso de las ondas electromagnéticas esa propiedad física (que

varía en el tiempo produciendo una perturbación) puede ser, por ejemplo, su

efecto eléctrico (su campo eléctrico) el cual, según avanza la onda, aumenta

hasta un máximo, disminuye hasta anularse, cambia de signo para hacerse

negativo llegando a un mínimo (máximo negativo). Después, aumenta hasta

anularse, cambia de signo y se hace de nuevo máximo (positivo).

Otra propiedad física, que podríamos haber utilizado para medir la

longitud de onda de las ondas electromagnéticas, es su efecto magnético (su

campo magnético), que también varía en el tiempo.

Por el teorema de Fourier, cualquier onda periódica puede ser expresada

como la suma ponderada de ondas sinusoidales de distinta longitud de onda.

En otras palabras, cualquier onda periódica, independientemente de su forma,

puede ser descompuesta en una serie de ondas sinusoidales. Esta propiedad

permite estudiar el comportamiento de multitud de ondas mediante el análisis

de cada una de sus componentes, denominadas componentes espectrales. En

una onda sinusoidal de frecuencia f y periodo T, la longitud de onda viene dada

por la expresión:

5) Ondas transversales y longitudinales

Una onda transversal es una onda en la que cierta magnitud vectorial

presenta oscilaciones en alguna dirección perpendicular a la dirección de

propagación. No todas las ondas son transversales. En ciertos casos las

partículas del medio se mueven de un lado a otro en la misma dirección en la

que se propaga la onda. Las partículas se mueven a lo largo de la dirección de

la onda en vez de hacerlo en sentido perpendicular. Una onda de este tipo es

una onda longitudinal.

Si una onda transversal se mueve en el plano x-positivo, sus oscilaciones van

en dirección arriba y abajo que están en el plano y-z.

Manteniendo una traza se compara la magnitud del movimiento aleatorio y el

desplazamiento en instantes sucesivos y se aprecia el avance de la onda.

Transcurrido un tiempo la persistencia de la traza muestra como todos los

puntos pasan por todos los estados de vibración. Sin embargo para conocer

cómo cambia el desplazamiento con el tiempo resulta más práctico observar

otra gráfica que represente el movimiento de un punto. Los puntos en fase con

el seleccionado vibran a la vez y están separados por una longitud de onda. La

velocidad con que se propaga la fase es el cociente entre esa distancia y el

tiempo que tarda en llegar. Cualquier par de puntos del medio en distinto

estado de vibración están desfasados y si la diferencia de fase es 180º diremos

que están en oposición. En este caso los dos puntos tienen siempre valor

opuesto del desplazamiento como podemos apreciar en el registro temporal.

Este tipo de onda transversal igualmente podría corresponder a las vibraciones

de los campos eléctrico y magnético en las ondas electromagnéticas.

Las ondas longitudinales son ondas en las que el desplazamiento a través del

medio está en la misma dirección o en la dirección opuesta a la dirección de

desplazamiento de la onda. Las ondas longitudinales mecánicas también se

llaman ondas de compresión u ondas de compresibilidad, ya que producen

compresión y rarefacción cuando viaja a través de un medio, y las ondas de

presión producen aumentos y disminuciones en la presión.

6) Espectro electromagnético

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del

conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina

espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación

electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de

absorción) una sustancia.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud

de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta,

la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de

mayor longitud de onda, como son las ondas de radio.

Para su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o

bandas, aunque esta división es inexacta. Existen ondas que tienen una

frecuencia, pero varios usos, por lo que algunas frecuencias pueden quedar en

ocasiones incluidas en dos rangos.

7) Ancho de banda

Para señales analógicas, el ancho de banda es la longitud, medida en Hz,

de la extensión de frecuencias en la que se concentra la mayor potencia de la

señal. Se puede calcular a partir de una señal temporal mediante el análisis de

Fourier. Las frecuencias que se encuentran entre esos límites se denominan

también frecuencias efectivas. Así, el ancho de banda de un filtro es la

diferencia entre las frecuencias en las que su atenuación al pasar a través de

filtro se mantiene igual o inferior a 3 dB comparada con la frecuencia central de

pico.

La frecuencia es la magnitud física que mide las veces por unidad de tiempo en

que se repite un ciclo de una señal periódica. Una señal periódica de una sola

frecuencia tiene un ancho de banda mínimo. En general, si la señal periódica

tiene componentes en varias frecuencias, su ancho de banda es mayor, y su

variación temporal depende de sus componentes frecuenciales.

Normalmente las señales generadas en los sistemas electrónicos, ya sean

datos informáticos, voces, señales de televisión, etc., son señales que varían

en el tiempo y no son periódicas, pero se pueden caracterizar como la suma de

muchas señales periódicas de diferentes frecuencias.

8) Bandas VHF, UHF

VHF: (Very High Frequency) es la banda del espectro electromagnético que

ocupa el rango de frecuencias de 30 MHz a 300 MHz.

A partir de los 50 MHz encontramos frecuencias asignadas, según los países, a

la televisión comercial; son los canales llamados "bajos" del 2 al 13. También

hay canales de televisión en UHF.

UHF: Ultra High Frequency, ‘frecuencia ultra alta’) es una banda del espectro

electromagnético que ocupa el rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz. En

esta banda se produce la propagación por onda espacial troposférica, con una

atenuación adicional máxima de 1 dB si existe despejamiento de la primera

zona de Fresnel.

La identificación de productos utilizando la banda de frecuencia UHF entre 860

y 960 MHz no deja de ser el "bonsái" de las comunicaciones de radio porque se

utilizan antenas de un grosor de micras y porque las potencias de emisión de

los tags RFID no superan los 200μW. A continuación se muestra una tabla de

referencia de las potencias de emisión para diversos dispositivos emisores de

ondas electromagnéticas:

9) Modos de transmisión.

Simplex: (SX) Con el funcionamiento simplex, las transmisiones solo se hacen

en una dirección. A veces, a los sistemas simplex se les llama solo en un

sentido, una estación puede ser un transmisor o un receptor, pero no ambos a

la vez. Como ejemplo de transmisión simplex está la emisión comercial de

radio o televisión.

Half Duplex: En el funcionamiento semiduplex, las transmisiones se pueden

hacer en ambas direcciones pero no al mismo tiempo, se les llama sistema de

alternación en ambos sentidos, una estación puede transmisora y receptora,

pero no al mismo tiempo. Los sistemas de radio en dos sentidos que usan

botones para hablar (PPT, PUSH – TO - TALK) para conectar los

transmisores, como son los radios de banda civil y de policía.

Full Duplex: Con el funcionamiento dúplex total, o simplemente dúplex, puede

haber transmisiones en ambas direcciones al mismo tiempo. Una estación

puede transmitir y recibir de forma simultánea, sin embargo, la estación a la

que se transmite también debe ser la que se recibe. Un sistema telefónico

normal es un ejemplo del funcionamiento dúplex.

10) Limitaciones fundamentales en la comunicación eléctrica (ruido y ancho de banda).

Limitación ruido: El éxito en la comunicación eléctrica depende de la exactitud

con la que el receptor pueda determinar cuál señal es la que fue realmente

transmitida, diferenciándola de las señales que podrían haber sido transmitidas.

Una identificación perfecta de la señal sería posible solo en ausencia de ruido y

otras contaminaciones, pero el ruido existe siempre en los sistemas eléctricos y

sus perturbaciones sobrepuestas limitan nuestra habilidad para identificar

correctamente la señal que nos interesa y así, la transmisión de la información.

Cualquier partícula a una temperatura diferente de cero absolutos, posee una

energía térmica que se manifiesta como movimiento aleatorio o agitación

térmica. Si la partícula es un electrón, su movimiento aleatorio origina una

corriente aleatoria. Luego, si esta corriente aleatoria ocurre en un medio

conductor, se produce un voltaje aleatorio conocido como ruido térmico o ruido

de resistencia. Mientras el ruido de resistencia es solo una de las posibles

fuentes en un sistema, muchos otros están relacionados, en una u otra forma,

el movimiento electrónico aleatorio. Más aún, como era de esperarse de la

dualidad onda-partícula, existe ruido térmico asociado con la radiación

electromagnética. En consecuencia, como no podemos tener comunicación

eléctrica sin electrones u ondas electromagnéticas, tampoco podemos tener

comunicación eléctrica sin ruido.

El ancho de banda varía según el tipo de medio, además de las tecnologías

LAN y WAN utilizadas. La física de los medios fundamenta algunas de las

diferencias. Las señales se transmiten a través de cables de cobre de par

trenzado, cables coaxiales, fibras ópticas, y por el aire. Las diferencias físicas

en las formas en que se transmiten las señales son las que generan las

limitaciones fundamentales en la capacidad que posee un medio dado para

transportar información. No obstante, el verdadero ancho de banda de una red

queda determinado por una combinación de los medios físicos y las

tecnologías seleccionadas para señalizar y detectar señales de red.