Principios Clave de Modulación y Espectro en Telecomunicaciones

Conceptos Fundamentales de Señales y Espectro

• A mayor amplitud de la señal en el dominio temporal, mayor será la amplitud de los armónicos que componen la señal en el dominio espectral.
• Intervalo de frecuencias para las cuales la atenuación del medio de transmisión permanece bajo unos límites determinados y aproximadamente constantes.
• El ancho de banda necesario para transmitir una señal cuadrada perfecta es infinito.
• El paso del dominio temporal al dominio frecuencial se realiza a partir del teorema de Fourier.
• Uno de los motivos de la modulación es poder aprovechar de forma más eficiente el espectro.

Teoremas Clave en Telecomunicaciones

• El teorema de Nyquist afirma que si muestreamos una señal analógica con una frecuencia de al menos el doble de su frecuencia máxima, podemos recuperar la señal analógica original sin pérdida de información.
• El teorema de Shannon nos ofrece el límite superior de la capacidad de transmisión de un canal digital con un determinado ancho de banda en presencia de ruido.
• El teorema de Parseval nos permite obtener la potencia de cualquier señal a partir de su espectro.
• Si en un enlace ideal no existe ruido, la cantidad de información que se podría transmitir sobre cualquier ancho de banda sería infinita.

Modulación de Amplitud (AM)

• Para realizar la modulación AM, es necesario aplicar un offset a la señal moduladora para evitar que tenga cruce por cero.
• La modulación en amplitud (AM) consiste en la obtención de una señal modulada cuya amplitud varía con la amplitud de la señal mensaje.
• El ancho de banda de una señal AM siempre es el doble de la frecuencia de modulación.
• Típicamente, una buena modulación AM tiene un índice de modulación que toma valores entre el 90% y el 95%.
• Una de las grandes ventajas de la modulación AM es que su demodulación es muy sencilla.
• La modulación en banda lateral única (BLU o SSB) tiene siempre un ancho de banda menor que la modulación AM y DBL (Doble Banda Lateral) equivalentes.

Modulación de Frecuencia (FM) y Fase (PM)

• El espectro de una señal FM siempre es simétrico respecto a la frecuencia de la portadora.
• La modulación FM es más robusta a interferencias que la AM.
• La modulación en fase (PM) y la modulación en frecuencia (FM) están matemáticamente relacionadas (son equivalentes en el sentido de que una puede derivarse de la otra), a diferencia de la modulación en amplitud (AM).
• Un VCO (Oscilador Controlado por Voltaje) genera una señal de frecuencia variable en función del voltaje de entrada.

Modulaciones por Pulsos

• En la modulación por anchura de pulsos (PWM), la duración o ancho de los pulsos contiene la información a transmitir.
• En una modulación por posición de pulsos (PPM), la señal moduladora produce un desplazamiento de los pulsos respecto a su posición en ausencia de modulación.
• Una de las principales dificultades de la modulación PPM es que el receptor debe estar debidamente sincronizado para poder alinear el reloj local con el inicio de cada símbolo.

Principios de Transmisión y Cuantificación

• El error de cuantificación es menor cuanto mayor es el número de bits utilizados para codificar la amplitud de la señal.
• La cuantificación de las señales analógicas resulta siempre en una pérdida de información.
• La multiplexación por división de tiempo (TDM) puede emplearse tanto sobre señales analógicas como digitales.