Modulación Digital con Portadora Analógica

Cuando una señal digital (secuencia de 1 y 0) debe ser enviada a largas distancias, se debe utilizar una portadora. Por lo tanto, se requiere de una modulación.

Tipos Clásicos de Modulación

Tres tipos clásicos de modulación con portadora analógica e información digital son:

  • ASK (Modulación por desplazamiento de amplitud)
  • FSK (Modulación por desplazamiento de frecuencia)
  • PSK (Modulación por desplazamiento de fase)

Estados de Información Digital

  • 4QPSK: modulación de 4 estados.
  • 16 QAM: modulación de 16 estados.
  • 128 QAM: modulación de 128 estados.

ASK: Modulación por Desplazamiento de Amplitud

En ASK, la información digital, la cual presenta dos valores binarios, se representa con dos amplitudes distintas. Es usual que una de las dos amplitudes sea 0; es decir, uno de los dígitos binarios se representa mediante la presencia de la portadora con amplitud constante, y el otro dígito se representa mediante la ausencia de la señal portadora.

Para este tipo de modulación, el ancho de banda necesario es mayor que el requerido en AM debido a la cantidad de frecuencias laterales significativas que contiene el espectro, dependiendo dicha cantidad de la relación entre el periodo y el tiempo de duración de los pulsos.

ASK es sensible a cambios repentinos de la ganancia, además es una técnica de modulación ineficaz. La técnica ASK se utiliza para la transmisión de datos digitales en fibra óptica.

En la recepción se presentan dos métodos:

  • Coherente: utiliza un oscilador local que presenta la misma frecuencia de la portadora y un filtro paso bajo.
  • No coherente: utiliza un detector de envolvente y un filtro paso bajo.

Características de ASK

  • La densidad espectral se centra en la frecuencia de la portadora.
  • La eficiencia teórica máxima del ancho de banda es de 1 bit/seg.
  • La principal ventaja es la sencillez de los receptores.
  • Se utiliza en sistemas de telemática de corto alcance.
  • La transmisión por fibra óptica son también una especie de ASK, aunque en el dominio óptico.

FSK: Modulación por Desplazamiento de Frecuencia

FSK es una modulación de frecuencia donde la señal moduladora o portadora es digital. Los dos valores binarios se representan por dos frecuencias distintas (F1, F2) próximas a la frecuencia de la señal portadora. Tanto F1 como F2 corresponden a un desplazamiento de la frecuencia de la portadora de igual magnitud pero de sentido inverso.

FSK de Banda Ancha

Las ventajas que presenta FSK o desplazamiento de frecuencia sobre ASK, se hacen notar cuando el índice de modulación es grande (m > π/2). De acuerdo a esta característica, se aumenta la protección contra el ruido y la interferencia. De esta manera se obtiene un comportamiento más eficiente de este tipo de modulación, respecto al ASK. La desventaja es que se requiere mayor ancho de banda debido a la mayor cantidad de bandas laterales.

Características del FSK

  • La probabilidad neta de error para FSK es igual que para ASK.
  • Para necesidades de potencia pico o máxima, la FSK presenta una ventaja de 3 dB sobre ASK, ya que esta última no se encuentra presente durante la mitad del tiempo.
  • La mínima separación de frecuencia es de medio ciclo por intervalo de tiempo ante las dos frecuencias de señalización (F1, F2).
  • La FSK sencilla se utilizaba en módems sobre líneas telefónicas, aproximadamente a 300 bits/seg, con frecuencias entre 2 kHz y 2.2 kHz.

Modulación Coherente

Consiste en asignar un código a cada ángulo de fase definido a partir del oscilador local de transmisión. En el demodulador se necesita un oscilador local con la misma referencia de fase con el fin de decodificar la información transmitida. FSK coherente se refiere al instante de asignar la frecuencia, se debe mantener la fase de la señal. En FSK no coherente, la fase no se mantiene en el momento de asignar la frecuencia. La razón de una modulación FSK no coherente ocurre cuando se emplean osciladores independientes para generar las distintas frecuencias.

Modulación de Fase (PSK)

Consiste en asignar variaciones de fase a una portadora según los estados asignados por la señal modulante o información. Aunque PSK no es utilizada directamente en la base, sirve para entender otros sistemas de modulación de fase multiniveles. Este sistema PSK consiste en variar la fase de una señal portadora sinusoidal de acuerdo a los niveles 0 y 1 lógico que presenta la señal modulante o información. Para este sistema donde la señal digital modulante presenta los niveles 0 y 1, se presenta dos ángulos de desplazamiento de fase (0-π o 0º-180º). Dentro de la modulación digital se habla de un término m-arias derivado de la palabra binarias, donde la m es solo un dígito que representa el número de condiciones o niveles posibles de la señal digital. Con frecuencia es ventajoso codificar a un nivel más alto que el binario, por ejemplo: un sistema PSK con 4 posibles fases de salida, es decir, un sistema m-arias donde la m=4.