unidad 2

Fundamentos de modulación y demodulación 

2.1. Analógica: amplitud, frecuencia y fase. 
2.2. Digital: Teorema de Shanon, pulsos: PAM, PPM, PWM, PCM, ASK, FSK, PSK, QAM. 
2.3. Multiplexado y demultiplexado de señales: Frecuencia, tiempo, codificación de pulsos. 

 


2.1. Analógica: amplitud, frecuencia y fase.

Cada uno de los parámetros siguientes origina una forma concreta de modulación. A estas modulaciones se les llama lineales o de onda continua.
 

Modulación en amplitud (ASK)

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En física la amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasiperiódicamente en el tiempo. Es la distancia máxima entre el punto más alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.amplitud.jpg
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Utiliza variaciones de la amplitud de la onda portadora para que haciéndolo según la cadencia de la señal digital, posibilite la transmisión de información.
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En la modulación en amplitud un 1 binario se representa por una onda sinusoidal A dada, mientras que un 0 binario está representado por una señal con amplitud menor que A.
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La modulación en amplitud no sueles emplearse aisladamente, pues presenta serios problemas de distorsión y de potencia. Se utiliza en conjunción con la modulación de fase, aumentando así la eficacia del proceso.
 
 
modulación_en_amplitud.jpg
 

Modulación en frecuencia (FSK)

 
Es una magnitud que mide el número de repeticiones por unidad de tiempo de cualquier fenómeno o suceso periódico.
La técnica de modulación en frecuencia modifica la frecuencia de la señal portadora, según la señal digital que se transmite.
En su forma más intuititva, la frecuencia alta representará uno de los estados binarios posibles de la señal digital, generalemente el 1, representándose por una señal de frecuencia diferente en el estado binario 0.dos_frecuencias.jpg
La frecuencia tiene una relación inversa con el concepto de longitud de onda, a mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. La frecuencia f es igual a la velocidad v de la onda, dividido por la longitud de onda λ (lambda).


formula_frecuencia.jpg
Cuando las ondas viajan de un medio a otro, la frecuencia de la onda se mantiene constante, cambiando sólo su longitud de onda y la velocidad.
Por el efecto Doppler, la frecuencia es una magnitud invariable en el universo. Es decir, no se puede modificar por ningún proceso físico excepto por su velocidad de propagación o longitud de onda.ejemplos_de_ondas_de_distintas_frecuencias.jpg


modulacion_en_frecuencia.jpg
 

Modulación en fase (PSK)

 
La técnica de modulación en fase utiliza las variaciones de fase de la onda portadora, ,según la señal digital.
La fase indica la situación instantánea en el ciclo, de una magnitud que varía cíclicamente.
 
modulacion_en_fase.jpg



 

 


2.2. Digital: Teorema de Shanon, pulsos: PAM, PPM, PWM, PCM, ASK, FSK, PSK, QAM. 

Teorema de shanon

En teoría de la información, el teorema de Shannon-Hartley es una aplicación del teorema de codificación para canales con ruido. Un caso muy frecuente es el de un canal de comunicaciónanalógico continuo en el tiempo que presenta un ruido gausiano.
El teorema establece la capacidad del canal de Shannon, una cota superior que establece la máxima cantidad de datos digitales que pueden ser transmitidos sin error (esto es, información) sobre dicho enlace de comunicaciones con un ancho de banda específico y que está sometido a la presencia de la interferencia del ruido. 
En las hipótesis de partida, para la correcta aplicación del teorema, se asume una limitación en la potencia de la señal y, además, que el proceso del ruido gausiano es caracterizado por una potencia conocida o una densidad espectral de potencia.


Declaración del teorema

Considerando todas las posibles técnicas de codificación de niveles múltiples y polifásicas, el teorema de Shannon-Hartley indica que la capacidad del canal C es:• es el ancho de banda del canal.

• es la capacidad del canal (tasa de bits de información bit/s)

• es la potencia de la señal útil, que puede estar expresada en vatios, milivatios, etc., (W, mW, etc.)

• es la potencia del ruido presente en el canal, (mW, W, etc.) que trata de enmascarar a la señal útil.


Teorema de codificación de canales con ruido y capacidad

El desarrollo de la teoría de la información de Claude Shannon durante la Segunda Guerra Mundial estimuló el siguiente gran paso para entender qué cantidad de información se podría comunicar, sin errores y de manera fiable, a través de canales con ruido gausiano de fondo.
Fundamentado sobre las ideas de Hartley, el teorema de Shannon de la codificación de canales con ruido (1948) describe la máxima eficiencia posible de los métodos de corrección de errores versus los niveles de interferencia de ruido y corrupción de datos. La prueba del teorema muestra que un código corrector de errores construido aleatoriamente es, esencialmente, igual de bueno que el mejor código posible. El teorema se prueba con la estadística de tales códigos aleatorios.

Es por esto que cuando estamos a 10 cuadras de una fiesta lo unico que escuchamos al principio son las frecuencias graves y la música es un tanto ininteligible, a 5 cuadras ya podremos escuchar las frecuencias medias y estando mas cerca podemos escuchar claramente la música con sus frecuencias agudas. No confundan este concepto con amplitud…


pulsos

Modulación por amplitud de pulsos La modulación por amplitud de pulsos (Pulse Amplitude-Modulation) (PAM) La modulacion PAM en donde la posicion y el ancho quedan fijos y la amplitud es la que varía. Dichas amplitudes pueden ser reales o complejas. Si representamos las amplitudes en el plano complejo tenemos lo que se llaman constelaciones de señal (incluir dibujo). En función del número de símbolos o amplitudes posibles se llama a la modulación N-PAM. Así podemos tener 2PAM, 4PAM, 260PAM. De la correcta elección de los puntos de la constelación (amplitudes) depende la inmunidad a ruido (distancia entre puntos) o la energía por bit (distancia al origen).


Modulación por posición de pulso

La Modulación por Posición de Pulso, o en inglés, Pulse Position Modulation (PPM), En donde la Amplitud y el ancho son fijos y la posición en variable, es un tipo de modulación en la cual una palabra de R bits es codificada por la transmisión de un único pulso que puede encontrarse en alguna de las posiciones posibles. Si esto se repite cada X segundos, la tasa de transmisión es de R/X bits por segundo. Este tipo de modulación se usa principalmente en sistemas de comunicación óptica, donde tiende a haber poca o ningún tipo de interferencia por caminos múltiples


Modulación por desplazamiento de amplitud

La modulación por desplazamiento de amplitud, en inglés Amplitude-shift keying (ASK), es una forma de modulación en la cual se representan los datos digitales como variaciones de amplitud de la onda portadora en función de los datos a enviar.


La amplitud de una señal portadora análoga varía conforme a la corriente de bit (modulando la señal), manteniendo la frecuencia y la fase constante. El nivel de amplitud puede ser usado para representar los valores binarios 0s y 1s. Podemos pensar en la señal portadora como un interruptor ON/OFF. En la señal modulada, el valor lógico 0 es representado por la ausencia de una portadora, así que da ON/OFF la operación de pulsación y de ahí el nombre dado

 


2.3. Multiplexado y demultiplexado de señales: Frecuencia, tiempo, codificación de pulsos.
 

Frecuencia:

Esto significa que tan rapido o que tan lento se mueve la membrana de nuestra bocina, mientras más rapido se mueva mas agudo sera el sonido y mientras mas lento sea el movimiento, mas grave y esto se mide enHertzios (Hertz) o ciclos por segundo que es lo mismo.

1Hz equivale a una compresion y una rarefraccion por lo tanto 3 Hz son 3 compresiones y 3 rarefracciones. El oído humano solo alcanza a percibir de 20Hz a 20,000Hz (o 20Khz que es lo mismo que 20,000Hz) aproximadamente.


Tiempo:

El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación; esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste presentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación perceptible para un observador (o aparato de medida).

El tiempo permite ordenar los sucesos en secuencias, estableciendo un pasado, un futuro y un tercer conjunto de eventos ni pasados ni futuros respecto a otro. En mecánica clásica esta tercera clase se llama "presente" y está formada por eventos simultáneos a uno dado. En mecánica relativista el concepto de tiempo es más complejo: los hechos simultáneos ("presente") son relativos. No existe una noción de simultaneidad independiente del observador


Es por esto que cuando estamos a 10 cuadras de una fiesta lo unico que escuchamos al principio son las frecuencias graves y la música es un tanto ininteligible, a 5 cuadras ya podremos escuchar las frecuencias medias y estando mas cerca podemos escuchar claramente la música con sus frecuencias agudas. No confundan este concepto con amplitud…


Codificacion de pulsos:

Las letras, números ó caracteres, pueden estar codificados mediante pulsos. Estos pulsos pueden tener la misma amplitud, pero distinta duración. Con dos tipos de pulsos, es decir uno corto y uno largo, la combinación de estos pueden codificar cualquier tipo de caracter. El codigo " Morse " utilizado en telegrafía aplica este principio.


El punto y la raya representan un pulso de 20 ms, y uno de 60 ms respectivamente, en los llamados "telégrafos inteligentes", que no utilizan un manipulador.


Para lograr mayor rapidez en el mensaje, en estos aparatos electromecánicos, existía la posibilidad de codificar pulsos negativos con lo cual se evitaba la separación entre pulsos.


En los comienzos de la telegrafía la velocidad del mensaje correspondia a la velocidad del operador, con sus limitaciones humanas.