Introducción a las telecomunicaciones
Las telecomunicaciones actualmente son de vital importancia, por medio
de estas es posible enviar información a lugares cercanos y lejanos en
fracciones de segundos y minutos respectivamente. Hoy en día muchos de nosotros
sabemos usar estos servicios, y lo vemos relativamente fácil de usar ya se ha
convertido en algo cotidiano; es importante tener en cuenta que cuando los
utilizamos por primera vez se dificulto un poco, sin embargo al paso de estar
empleando estos servicios nos hemos familiarizado lo suficiente de manera que
ahora los manejamos con facilidad.
Modulación analógica y digital
Modulación engloba el conjunto de
técnicas que se usan para transportar información sobre una onda
portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento
del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma
simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e
interferencias. Según la American National Standard for Telecommunications,
la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de
variar una característica de una portadora de acuerdo con una señal que
transporta información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en
las ondas portadoras.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.
Existen básicamente dos tipos de modulación: la
modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de señales analógicas de
información, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma eléctrica y
la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por
fuentes digitales, por ejemplo una computadora.
• Modulación
Analógica: AM, FM, PM
• Modulación
Digital: ASK, FSK, PSK, QAM
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MODULACIÓN POR AMPLITUD (AM). |
Este es un caso de modulación donde tanto las
señales de transmisión como las señales de datos son analógicas.
Un modulador AM es un dispositivo con dos señales
de entrada, una señal portadora de amplitud y frecuencia constante, y la
señal de información o moduladora. El parámetro de la señal portadora que es
modificado por la señal moduladora es la amplitud.
En otras palabras, la modulación de amplitud (AM) es un tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir. |
Consideremos que la expresión matemática de la
señal modulada en amplitud está dada por:
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De la ecuación anterior que describe a una señal modulada en amplitud, se
observa que tiene tres términos. El primero de ellos corresponde a una señal
cuya frecuencia es la de la portadora, mientras que el segundo corresponde a
una señal cuya frecuencia es diferencia entre portadora y moduladora y el
tercero a una frecuencia suma de las frecuencias de la portadora y
moduladora. Todo este conjunto da lugar a un espectro de frecuencias de las
siguientes características.
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MODULACIÓN POR FRECUENCIA (FM).
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Este es un caso de modulación donde tanto las
señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo
de modulación exponencial.
En este caso la señal modulada mantendrá fija su
amplitud y el parámetro de la señal portadora que variará es la frecuencia, y
lo hace de acuerdo a como varíe la amplitud de la señal moduladora.
En otras palabras, la modulación por frecuencia
(FM) es el proceso de codificar información, la cual puede estar tanto en
forma digital como analógica, en una onda portadora mediante la variación de
su frecuencia instantánea de acuerdo con la señal de entrada.
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La expresión matemática de la señal modulada en
frecuencia, está dada por:
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 La frecuencia de la portadora oscila más o menos rápidamente, según la onda moduladora, esto es , si aplicamos una moduladora de 100 Hz , la onda modulada se desplaza arriba y abajo cien veces en un segundo respecto de su frecuencia central , que es la portadora; además el grado de esta variación dependerá del volumen con que modulemos la portadora, a lo que denominamos “índice de modulación”. |
Al analizar el espectro de frecuencias de una señal modulada en frecuencia, observamos que se tienen infinitas frecuencias laterales, espaciadas en FM, alrededor de la frecuencia de la señal portadora fp; sin embargo la mayor parte de las frecuencias laterales tienen poca amplitud, lo que indica que no contienen cantidades significativas de potencia.  |
MODULACIÓN POR FASE (PM).
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Este también es un caso de modulación donde las
señales de transmisión como las señales de datos son analógicas y es un tipo
de modulación exponencial al igual que la modulación de frecuencia.
En este caso el parámetro de la señal portadora
que variará de acuerdo a señal moduladora es la fase.
La modulación de fase (PM) no es muy utilizada
principalmente por que se requiere de equipos de recepción más complejos que
en FM y puede presentar problemas de ambigüedad para determinar por ejemplo
si una señal tiene una fase de 0º o 180º.
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 La forma de las señales de modulación de frecuencia y modulación de fase son muy parecidas. De hecho, es imposible diferenciarlas sin tener un conocimiento previo de la función de modulación.
Por lo tanto los espectros de frecuencias de la
modulación de fase tienen las mismas características generales que los
espectros de modulación de frecuencia.
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Teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Richard
Lyons en su famoso libro Para Entender el
Procesamiento Digital de Señales, le dice al lector en su prefacio: “No es
necesario decirte cuando importante es el procesamiento digital de señales en
la ingeniería moderna, solo te diré que el futuro de la electrónica es el
procesamiento digital de señales”.
Un
buen procesamiento permite reconstruir la señal analógica, recuperar la
información importante y desechar parte del ruido. La señal temporal
reconstruida es en general difícil de analizar, por lo que es común
transformarla para estudiarla en el espacio de las frecuencias. La
caracterización más común de una señal es a través de su densidad espectral,
que es la transformada de Fourier de la función de auto-correlación de la señal
original. Hay una relación directa entre la densidad espectral y el contenido
energético de la señal.
Lo
más importante para poder hacer un buen tratamiento de señal, es asegurar en
cada paso que la información original no ha sido alterada. El presente trabajo
hace una revisión de algunas de las ideas más importantes alrededor del
procesamiento confiable de señales. Se hace énfasis, en particular, en que un
buen muestreo en el dominio del tiempo no asegura una buena resolución en el
dominio de las frecuencias y, además, que tanto el teorema de Nyquist como la
decisión sobre el tiempo total de muestreo y el número de muestras es fundamental
para recuperar toda la información de las frecuencias de la señal original.
El teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
también
conocido como teorema de muestreo de Whittaker-Nyquist-Kotelnikov-Shannon,
teorema de Nyquist, es un teorema fundamental de la teoría de la
información, de especial interés en las telecomunicaciones.
Este teorema fue formulado en forma de
conjetura por primera vez por Harry Nyquist en 1928 (Certain topics in
telegraph transmission theory), y fue demostrado formalmente por Claude E.
Shannon en 1949 (Communication in the presence of noise).
El teorema trata del muestreo, que no
debe ser confundido o asociado con la cuantificación, proceso que sigue al de
muestreo en la digitalización de una señal y que, al contrario del muestreo, no
es reversible (se produce una pérdida de información en el proceso de
cuantificación, incluso en el caso ideal teórico, que se traduce en una
distorsión conocida como error o ruido de cuantificación y que establece un
límite teórico superior a la relación señal-ruido). Dicho de otro modo, desde
el punto de vista del teorema, las muestras discretas de una señal son valores
exactos que aún no han sufrido redondeo o truncamiento alguno sobre una
precisión determinada, es decir, aún no han sido cuantificadas.
El teorema demuestra que la
reconstrucción exacta de una señal periódica continua en banda base a partir de
sus muestras, es matemáticamente posible si la señal está limitada en banda y
la tasa de muestreo es superior al doble de su ancho de banda.
Dicho de otro modo, la información
completa de la señal analógica original que cumple el criterio anterior está
descrita por la serie total de muestras que resultaron del proceso de muestreo.
No hay nada, por tanto, de la evolución de la señal entre muestras que no esté
perfectamente definido por la serie total de muestras.
Si la frecuencia más alta contenida en
una señal analógica es y la señal se
muestrea a una tasa ,
entonces se puede
recuperar totalmente a partir de sus muestras mediante la siguiente función de
interpolación:
Ejemplo
Ejemplo de reconstrucción de una
señal de 14,7 kHz (línea gris discontinua) con sólo cinco muestras. Cada ciclo
se compone de sólo 3 muestras a 44100 muestras por segundo. La reconstrucción
teórica resulta de la suma ponderada de la función de interpolación g(t) y sus
versiones correspondientes desplazadas en el tiempo g(t-nT) con ,
donde los coeficientes de ponderación son las muestras x(n). En esta imagen
cada función de interpolación está representada con un color (en total, cinco)
y están ponderadas al valor de su correspondiente muestra (el máximo de cada
función pasa por un punto azul que representa la muestra). Así, se puede expresar
como: donde son las muestras de Hay que notar que el concepto de ancho
de banda no necesariamente es sinónimo del valor de la frecuencia más alta en
la señal de interés. A las señales para las cuales esto sí es cierto se les
llama señales de banda base, y no todas las señales comparten tal característica
(por ejemplo, las ondas de radio
en frecuencia modulada). Si el criterio no es satisfecho,
existirán frecuencias cuyo muestreo coincide con otras (el llamado aliasing).
El teorema de Nyquist no es un
criterio suficiente para recuperar toda la información frecuencial de una
señal.
Conclusión Zujey Arizbeth Meza Hernández:
En ésta
investigación pudimos conocer que con la modulación se pretende lograr un
estándar en las ondas para que los receptores la puedan captar, para eso se usa
un cierto rango de valores, como lo es en su amplitud y frecuencia, al saber
esto se mejora la calidad, la reducción de ruidos y el alcance de esta. Es
muy importante modular la señal, ya que si esto las señales viajarían de manera
inestable.
Conclusión Arian Esteban Martinez Nieto:
Conocer
la modulación es de mucha importancia ya que como ingenieros debemos comprender
y aplicar las técnicas que nos permitan modular una señal, la señal que se
trasmita podrá ser simplemente para el ocio o de mayor seriedad que necesiten
las organizaciones que esta señal sea de calidad y muy confiable, existen
demasiados beneficios al modular una señal, se puede mejorar la calidad de la
señal evitando que se pierda con el medio ambiente, se puede trasmitir a mayor
rango cubriendo más las distancias, se puede convertir la señal en analógica a
digital y viceversa.
Conclusión Laura Denis Domínguez Spindola:
Para
este tema fue importante, ya que me ayudo a comprender que existen dos tipos de
modulación: la ANALÓGICA que se realiza
a partir de señales analógicas de información, un ejemplo de ella es la voz
humana y la DIGITAL que se lleva a cabo
a partir de señales generadoras por fuentes digitales, ejemplo de ella es una
computadora.
Dentro
de la modulación analógica se destaca la
modulación por amplitud (AM) que es un tipo de modulación lineal que consiste
en hacer variar la amplitud de onda portadora.
Y
la modulación por frecuencia (FM) es el proceso de codificar información.
Es
así, como entonces comprendemos como se producen las señales que nos llegan a
nuestros aparatos, como por ejemplo nuestros radios.
Conclusión Antonio Hazael Jiménez Rosas:
Recordemos
bien, que existen dos tipos de señales; las analógicas y las digitales y como
hemos aprendido en “fundamentos de telecomunicaciones” estas señales se pueden
transmitir de manera alámbrica e inalámbrica, dentro de la transferencia de
estas señales existe un proceso muy importante conocido como modulación y en
este trabajo pude comprender l importancia y características de los distintos
tipos de modulación y como también lo hemos visto en clase algunas requieren
transmitirse con más frecuencia que otras para ser recibidas, y a mi parecer la
modulación fm es de las más potentes y por eso creo que es la que se ocupa más
en la actualidad, aunque generar más potencia implica tener las herramientas
necesarias para hacerlo, y por consecuencia creo que más capital a los que
quieran tener esas tecnologías.
Conclusión Aracely Ángeles García:
Al
desarrollar este tema tuvimos que investigar y analizar muy bien sobre el tema
de modulación de ondas. Las ondas para ser transmitidas tienen que ser
moduladas a cierta frecuencia, para poder
ser mandadas mediante un canal que tenga
la capacidad de poder recibir las señales que ya en un espectro
electromagnético se produce sin fin de ondas.
En
este tema es muy importante, ya que me ayudo a comprender que existen dos tipos
de modulación: la ANALÓGICA y DIGITAL.
La
modulación de amplitud tiene muchas ventajas; sin embargo, también presenta
algunas desventajas que, en ciertas condiciones, limitan su utilidad y obligan
a buscar otras formas de modulación. La desventaja principal de la modulación
de amplitud estriba en que la afectan fácilmente diversos fenómenos
atmosféricos, señales electrónicas con frecuencias parecidas y las interfaces
ocasionadas por los aparatos electrónicos tales como motores y generadores.
Bibliografía
