Capítulo : Amplitude (Linear) Modulation Baseband and Carrier Communication



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Capítulo 4: Amplitude (Linear) Modulation
4.1 Baseband and Carrier Communication

En el espacio libre las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz.1 Frecuencia, velocidad de propagación y largo de onda está relacionadas por la siguiente fórmula.


c = f 

donde


c = velocidad de la luz = 3 x 108 metros/sec

f = frecuencia en Hz

 = largo de onda2
Para que la transmisión sea eficiente desde el punto de vista de uso de la energía disponible se requiere que la antena sea por lo menos 1/10 del largo de onda. Si tratáramos de transmitir, sin modular, un tono de audio de 1 k Hz3 entonces el largo de onda sería  = c/f = = 3 x 105 metros = 300,000 metros y el largo mínimo de la antena debería ser de /10 = 30,000 metros = 30 kM, lo cual es un absurdo!
La solución a este problema consiste en transmitir un carrier, onda portadora o sinusoide de alta frecuencia4 cuya amplitud, frecuencia o fase es modulada por la señal. Esto es, las variaciones de la señal producen variaciones en la amplitud, frecuencia o fase del carrier u onda portadora. Por ejemplo, dado el siguiente sinusoide
V(t) = A sin(2fc t + ) voltios

donde


A = amplitud en voltios

fc = frecuencia en Hz

2fc = frecuencia angular en rad/seg

t = tiempo en segundos

 = desfasamiento en radianes
Variando A obtenemos amplitud modulada (AM para el caso análogo, ASK para el caso digital).

Variando f obtenemos frecuencia modulada (FM para el caso análogo, FSK para el caso digital).

Variando  obtenemos modulación de fase (PM para el caso análogo, PSK para el caso digital).
Tipos de modulación:

Análoga AM FM PM

| | |

V(t) = A sin(c t + ) = A sin(2fc t + )



| | |

Digital ASK FSK PSK

\ /

QAM


donde

AM = amplitud modulada

FM = frecuencia modulada

PM = phase modulation o modulación de fase

ASK = amplitude shift keying

FSK = frequency shift keying

PSK = phase shift keying

Para efectos de la transmisión electromagnética y de los cómputos del largo de la antena, la frecuencia a considerar es la del carrier, no la de la señal de modulación. Por supuesto que no hay almuerzo gratis. Hay un precio a pagar. Será necesario construir un modulador en el transmisor, y un demodulador en el receiver que invierta la operación realizada por el modulador en el transmisor. Esto es, el demodulador observará el carrier modulado recibido, detectará los cambios en amplitud, frecuencia o fase, y recuperará la señal. El receiver siempre termina descartando el carrier una vez detecta la señal.


Diagrama de Bloque para un Típico Sistema Análogo de Telecomunicaciones

Podemos mejorar el anterior diagram añadiéndole ruido al canal.
El término baseband es utilizado para designar la banda de frecuencias de la señal transmitida por la fuente. Por ejemplo, en telefonía baseband es el audio que ocupa la banda de frecuencias desde 0 a 3.5 k Hz. Cuando usamos comunicación baseband las señales son transmitidas sin modular, esto es, sin desplazar el rango de frecuencias de la señal original.
Como las señales baseband cuentan con la mayor parte de su potencia a potencias bajas, no pueden ser transmitidas a través de un canal inalámbrico. Sin embargo, sí pueden transmitirse usando pares de cables, cables coaxiales o fibra óptica.
En este momento conviene aclarar que las señales basadas en las modulaciones de pulsos como pulse amplitude modulation (PAM), pulse width modulation (PWM), pulse position modulation (PPM), pulse code modulation (PCM) y delta modulation (DM) son señales baseband, aunque estén acompañadas del término modulación.
Un concepto bien importante del cual estaremos hablando durante todo el curso es el del ancho de banda. La forma más sencilla de definir ancho de banda es como la gama de frecuencias que ocupa una señal. Sin embargo, podemos ser más específicos. Usemos la siguiente figura como modelo.




  1. El absolute bandwidth es el intervalo más pequeño f2 – f1 para el cual el espectro es cero fuera de dicho intervalo.

  2. El 3 dB o half power bandwidth queda definido por las frecuencias de corte en donde la potencia es la mitad de la potencia máxima. Como P = V2/R, el decir que la potencia es la mitad del máximo es equivalente a decir que el voltaje es 1/= 0.707.

  3. El null-to-null bandwidth queda definido por la diferencia en frecuencia entre los dos ceros más cercanos a la frecuencia fundamental fo.

  4. El power bandwidth queda definido por la gama de frecuencias donde se encuentra el 99% de la potencia total de la señal.

Aunque como acabamos de ver hay varias formas en que podemos definir el concepto de lo que es el ancho de banda, el 3 dB o half power bandwidth es la forma más común. De ahora en adelante, a menos que se indique lo contrario, cada vez que hablemos del ancho de banda en realidad nos referiremos al 3 dB half power bandwidth.





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