Explorando las Técnicas de Modulación: ASK, FSK, PSK, QPSK, QAM y Más
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Modulación de Desplazamiento de Amplitud (ASK)
La modulación ASK (Amplitude Shift Keying) es una modulación de amplitud en la que el señal modulador (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos amplitudes diferentes, siendo común que una de las dos amplitudes sea cero. Es decir, uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora con amplitud constante, y el otro dígito con la ausencia del señal portador.
Modulación de Desplazamiento de Frecuencia (FSK)
La modulación FSK (Frequency-Shift Keying) es una modulación de frecuencia en la que el señal modulador es digital (datos). Los dos estados lógicos (“0” y “1”) se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2) próximas a la frecuencia del señal portador fp.
Modulación de Desplazamiento de Fase (PSK)
La modulación PSK (Phase-Shift Keying) es una modulación de fase en la que el señal modulador (datos) es digital y el señal portador es analógico.
Modulación QPSK
La modulación QPSK (Quaternary Phase Shift Keying) utiliza dos portadoras que están en cuadratura, es decir, dos portadoras que tienen la misma frecuencia pero están desfasadas 90°. El número de símbolos diferentes del código utilizado es de 4, ya que se utilizan dos bits por símbolo (22). Una modulación en cuadratura consiste en la modulación de un único señal portador variando dos de sus parámetros, generalmente la amplitud y la fase. La siguiente figura representa el proceso de modulación QPSK:
Modulación QAM
La modulación QAM (Quadrature Amplitude Modulation) es una modulación combinada de amplitud y fase. La modulación en fase se realiza de forma similar a una modulación QPSK, utilizando dos portadoras en cuadratura que modulan los datos de entrada.
8-QAM
Demodulación de Señales Digitales
En el receptor, la principal función que realiza el demodulador es decidir el símbolo transmitido en función del señal recibido. Debido a los efectos de propagación del señal, este se recibirá con ruido, por lo que el demodulador debe decidir según un umbral de decisión.
Modulaciones de Portadora Digital y Moduladora Analógica
La modulación de pulsos es más una técnica de procesamiento de información que una modulación. En este tipo de modulaciones lo que se hace es el muestreo del señal modulador y con los datos obtenidos se modifican los parámetros de un tren de impulsos que posteriormente se emitirán por un canal de comunicación con otro tipo de modulación (ASK, FSK, o PSK).
Existen varias técnicas de modulación muy usadas hoy en día, como:
- Modulación analógica de pulsos
- Modulación de pulsos codificados
- Modulación delta
Modulación Analógica de Pulsos
En este tipo de modulación hay tres casos:
- Modulación de pulsos en amplitud (PAM)
- Modulación del ancho de los pulsos (PWM) y modulación de pulsos en duración (PDM).
- Modulación de pulsos en posición (PPM).
Modulación de Pulsos en Amplitud (PAM)
En la modulación PAM (Pulse Amplitude Modulation), el señal de muestreo es una sucesión de pulsos unipolares, en los que sus amplitudes son proporcionales a los valores muestra instantáneos del mensaje de datos.
Modulación de Anchura de Pulsos (PWM) y Modulación PDM
En la modulación PWM (Pulse Width Modulation), la anchura o duración del pulso es proporcional a la amplitud de la muestra. Para obtener un señal modulado en anchura de pulsos se hace una comparación del señal modulador con un señal triangular.
La modulación de pulsos en posición PDM (Pulse During Modulation) se diferencia de la modulación PWM en la utilización del señal triangular que en este caso es en diente de sierra.
Modulación de Pulsos en Posición (PPM)
La modulación PPM (Pulse Position Modulation) se obtiene a partir de la modulación anterior PDM. Se generan pulsos de corta duración ya que solo es importante la posición que ocupan en el tiempo y no su duración. Lo que hacen es marcar la posición en el tiempo con el flanco de subida de los pulsos con relación al flanco de subida de la onda triangular, como se ve en la figura siguiente:
Modulación de Pulsos Codificados (PCM)
En la modulación de pulsos codificados PCM (Pulse Code Modulation) hay que realizar un muestreo del señal, cuantificar la muestra y codificarla. El muestreo del señal se hace a intervalos regulares, después estos valores se cuantifican en amplitud al valor discreto más próximo, que ya está predeterminado y por último se codifica con un código binario. El codificador se encarga de convertir las muestras en un código que será el señal modulado. La cantidad de niveles de cuantificación depende de la cantidad de bits que se empleen en la codificación, puesto que con n bits se tienen 2n combinaciones posibles. En la figura siguiente se emplean tres bits de cuantificación para cada muestra.
Modulación Delta
La modulación delta consiste en comparar el señal con una sucesión de pulsos de amplitud creciente, mientras la amplitud de esta sucesión se encuentra por debajo de la amplitud del señal, y decreciente cuando la amplitud de los pulsos de muestreo supera la amplitud del señal.
Modulaciones de Portadora Digital y Moduladora Digital
Aunque se les llaman modulaciones, no se emplean para la emisión en radio frecuencia, sino más bien en un cambio de codificación, que pretende en la mayoría de los casos disminuir la frecuencia para que los equipos receptores puedan seguir el proceso sin un costo muy elevado.
Modulación COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex)
Este sistema no es realmente un modo de modulación, sino que estamos ante un método de gestión del modo de transmisión, que opera con las señales ya moduladas. En los sistemas de transmisión clásicos, cada canal utiliza una frecuencia de portadora, sobre la cual se transmite toda la información.
En España se adoptó el sistema COFDM 8K para difundir la Televisión Digital Terrestre (TDT), que utiliza unas 6.800 portadoras repartidas en los 8 MHz del canal estándar. Estas portadoras presentan una separación de 1.117 Hz entre ellas, puesto que las portadoras no producen armónicos en esta frecuencia cuando son transmitidos datos con una velocidad binaria de 19,906 Mbps. Sin embargo, al ser repartidos los datos, cada una de las portadoras tendrá que transmitir únicamente 3,14 Kbps.