Señales analógicas y digitales: conversión, modulación y transmisión

Resumen

El documento explica las diferencias entre señales analógicas y digitales, el proceso de conversión analógico-digital mediante la cuantización y el teorema de Nyquist. También describe la transmisión en banda base y la modulación, los medios de transmisión, el ancho de banda y los tipos de modulación analógica y digital. Por último, recoge las principales fuentes de ruido en las comunicaciones y las características de los transmisores de radiofrecuencia.

Puntos clave

Una señal analógica varía de forma continua con el tiempo.
La conversión analógico-digital toma muestras periódicas de la señal y las transforma en números digitales mediante cuantización.
El error de cuantización equivale al tamaño del escalón dividido entre 2.
Según el teorema de Nyquist, la frecuencia de muestreo debe ser igual o mayor al doble de la frecuencia máxima de la señal para recuperarla sin pérdida de información.
La modulación desplaza la señal a otro rango de frecuencias para poder compartir el medio de transmisión.
Las modulaciones digitales principales son ASK, FSK y PSK, que modifican la amplitud, la frecuencia o la fase de una portadora.

Ponte a prueba

Señales Analógicas y Digitales: Fundamentos y Diferencias

Una señal analógica presenta una variación continua con el tiempo.

Conversión Analógico-Digital

El proceso de conversión de una señal analógica a una de tipo digital se realiza mediante convertidores analógico-digitales. Estos toman valores periódicamente de la señal analógica y los convierten a un número digital. Este proceso se llama cuantización.

Error de cuantización: Tamaño del escalón / 2

El número de escalones depende del número de cifras binarias que se utilicen.

Teorema de Nyquist

Nyquist establece que si se tiene una señal analógica continua, limitada en ancho de banda, y se toman muestras a una frecuencia igual o mayor al doble de su frecuencia máxima, se puede recuperar la señal original sin pérdida de información.

Transmisión de Señales: Banda Base y Modulación

Banda Base

Se habla de banda base cuando el espectro de la señal se envía en el mismo rango de frecuencias que la fuente que lo ha producido.

Modulación

La modulación consiste en desplazar cada señal a un rango de frecuencias distinto, conservando la forma de su espectro, para que puedan compartir el medio por el que se transmiten.

Medios de Transmisión

Medios Guiados

Eléctricos
Ópticos
Corrientes portadoras

Medios No Guiados

Radiofrecuencia
Infrarrojos
Ultrasonido

Espectro de frecuencias (ejemplos):

LF (Low Frequency): 30-300 kHz (10-1 km)
MF (Medium Frequency): 300-3000 kHz (1 km - 100 m)
HF (High Frequency): 3-30 MHz (100-10 m)
VHF (Very High Frequency)
UHF (Ultra High Frequency)
SHF (Super High Frequency)
EHF (Extremely High Frequency)

Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión

Ancho de banda: Es el rango de frecuencias que un canal permite transmitir. El ancho de banda del canal debe abarcar el espectro de la señal. La velocidad máxima de transmisión se emplea en comunicaciones digitales, donde la información suele ser binaria y las señales se codifican.

Tipos de Modulación

La modulación es necesaria porque la señal de información no puede transmitirse directamente por el medio. Se necesita mejorar las características de la transmisión y compartir el medio con otras señales.

Modulaciones Analógicas

Modulación en Amplitud (AM)
Modulación en Fase (PM)
Modulación en Frecuencia (FM)

Modulaciones Digitales

Modulación en Amplitud (ASK)
Modulación en Fase (PSK)
Modulación en Frecuencia (FSK)

Cuando la información se transmite directamente en forma de pulsos digitales, se denomina transmisión digital.

ASK (Amplitude-Shift Keying): La información digital modifica la amplitud de una señal portadora analógica, manteniendo su frecuencia y fase.
FSK (Frequency-Shift Keying): La señal digital modula la frecuencia de la portadora, utilizando una frecuencia para cada símbolo (0, 1).
PSK (Phase-Shift Keying): Usa símbolos como en FSK.

La modulación multinivel codifica la información en más de dos niveles.

Ruido en las Comunicaciones

Ruido No Correlacionado

Ruido Externo:
- Ruido atmosférico
- Ruido extraterrestre (solar, cósmico)
- Ruido de origen humano
Ruido Interno:
- Ruido de disparo
- Ruido de tránsito
- Ruido térmico

Ruido Correlacionado

Distorsión armónica
Distorsión por intermodulación

Características de los Transmisores de Radiofrecuencia

Fidelidad
Frecuencia y banda ocupada
Emisión de espurios y armónicos
Potencia de emisión
Rendimiento

Preguntas frecuentes

¿Qué es el error de cuantización?

Es el error que se produce al convertir una señal analógica en digital, y el texto indica que equivale al tamaño del escalón dividido entre 2.

¿Qué establece el teorema de Nyquist?

Establece que si una señal continua y limitada en ancho de banda se muestrea a una frecuencia igual o mayor al doble de su frecuencia máxima, puede recuperarse la señal original sin pérdida de información.

¿Qué diferencia hay entre banda base y modulación?

En banda base la señal se envía en el mismo rango de frecuencias que la fuente que la produjo, mientras que la modulación desplaza cada señal a un rango de frecuencias distinto para compartir el medio.