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 (fporta >> BWmodula).
- 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, Em = Ec 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
- Fácil modulación.
- Sensibilidad ante ruidos.
- Bajo rendimiento en transmisión.
- 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.