Fundamentos de Modulación de Señales: Conceptos, Tipos y Aplicaciones

¿Qué es la Modulación?

La modulación consiste en modificar alguna característica de una señal portadora, de acuerdo con las características de una señal moduladora.

• 1. Señal de alta frecuencia: Portadora.
• 2. Señal de baja frecuencia: Moduladora.
• 3. Señal analógica: x(t) = A cos(wt + j).

Tipos de señales moduladoras

• Modulación analógica: El número de valores que puede tomar la señal moduladora es infinito. Ejemplos: AM y FM.
• Modulación digital: Sucesión de 1 y 0 que se agrupan en bloques de n bits para formar un símbolo.

Análisis de Ondas y Espectros

Las señales se clasifican en:

• Analógica: Es continua a lo largo del tiempo.
• Digital: Limitada por dos valores; el cambio entre ellos ocurre bruscamente.

Conceptos clave

• Armónico: Representación de una onda senoidal en el dominio de la frecuencia mediante una barra.
• Señal compuesta periódica (Fourier): Cualquier señal compuesta periódica puede descomponerse en ondas senoidales simples de frecuencias discretas.
• Señal compuesta aperiódica (Ampliación de Fourier): Se puede descomponer en un número infinito de ondas senoidales simples de frecuencias continuas.
• Espectro: Representación gráfica de los armónicos de la señal, mostrando la amplitud en función de la frecuencia.

Tipos de espectro

• Discreto (o de rayas): La amplitud del armónico se representa por una flecha coincidiendo con la frecuencia correspondiente (señal periódica).
• Continuo: Representación gráfica continua (señales aperiódicas).

Ancho de Banda (BW)

Es el rango de frecuencias contenidas en una señal, donde se concentra más del 90% de su energía.

• AM: 10 kHz
• FM: 200 kHz
• Voz humana: 4 kHz por canal.

Modulación en Amplitud (AM)

• Envolvente de una onda moduladora: Curva que define los valores de pico de dicha onda modulada.
• Sobremodulación: Ocurre cuando la envolvente no mantiene la forma de la señal moduladora.
• Definición: AM es la mezcla de señales AF (Audio Frecuencia) y RF (Radio Frecuencia).

Condiciones técnicas

• Condición indispensable en modulación lineal: El ancho de banda de la moduladora debe ser mucho menor que la frecuencia de la portadora (f_porta >> BW_modula).
• Porcentaje de modulación: Indica la profundidad de la portadora en la moduladora. Debe ser menor al 100% para evitar la sobremodulación (m > 1).
• Condición ideal: Para AM, E_m = E_c o m = 1.

Conclusiones sobre la potencia

Más del 50% de la potencia total se utiliza en la portadora. La portadora no cambia con la modulación y no contiene información; su única función es ayudar a demodular la señal en el receptor, lo que provoca un desperdicio de potencia en AM.

Características de AM

1. Fácil modulación.
2. Sensibilidad ante ruidos.
3. Bajo rendimiento en transmisión.
4. Ancho de banda elevado.

Tipos de modulación AM

• DBL (Doble Banda Lateral) o DSB: Se elimina la portadora. Mejor rendimiento (50%), pero demodulación más difícil y receptores más caros.
• BLU (Banda Lateral Única) o SSB: Elimina la portadora y una banda lateral. Rendimiento del 100%, demodulación mucho más difícil y receptores más costosos.
• BLV (Banda Lateral Vestigial) o VSB: Elimina parcialmente una banda lateral. Ofrece facilidad de demodulación, ahorro de potencia y optimización de anchura de canal.