Lectura rápida:
Clasificación de métodos de modulación.
Aplicaciones de los métodos de modulación inalámbrica.
Aplicación de métodos de modulación analógica AM, FM, PM.
Aplicación de métodos de modulación digital ASK, FSK, PSK, QAM
Aplicación de modulación de pulsos PCM, PAM, PPM, PWM
Aplicaciones de espectro ensanchado
La modulación es el proceso de mezclar una señal de mensaje de baja energía con una señal portadora de alta energía para producir una nueva señal de alta energía que puede transmitir información a largas distancias. En otras palabras, la modulación es el proceso de cambiar las características (amplitud, frecuencia o fase) de la señal portadora de acuerdo con la amplitud de la señal del mensaje.
¿Qué tipos de señales se incluyen en la modulación?
1. Señal de mensaje
La señal del mensaje es el mensaje que queremos difundir hasta el destino, como nuestra señal de voz, etc. También se le llama señal modulada o señal de banda base.
2. Señal portadora
Una señal de alta energía o alta frecuencia que tiene características como amplitud, frecuencia y fase, pero que no contiene ninguna información útil, se llama señal portadora u onda portadora.
3. Señal modulada
Cuando se mezclan la señal del mensaje y la señal portadora, se generará una nueva señal, a la que llamamos señal modulada.
Clasificación de métodos de modulación.
Las técnicas de modulación se dividen a grandes rasgos en cuatro tipos: modulación analógica, modulación digital, modulación de pulsos y métodos de espectro ensanchado.
(1) Modulación analógica:
La modulación analógica es una tecnología utilizada para transmitir señales analógicas (señales que cambian continuamente) en comunicaciones inalámbricas. El proceso implica combinar una señal analógica con una señal portadora para su transmisión a través de un medio de comunicaciones.
En la modulación analógica, la señal analógica suele representar una señal de audio o vídeo y la señal portadora es una señal de alta frecuencia. Combinando la señal analógica y la señal portadora, la información de la señal analógica se puede incrustar en la señal portadora, formando así una señal modulada. Esta señal modulada se puede transmitir a través de un medio de transmisión (como aire, cable o fibra óptica) y luego demodularse en el extremo receptor para restaurar la señal analógica.
Varios métodos de modulación analógica comunes:
Modulación de amplitud (AM, modulación de amplitud): en la modulación de amplitud, la amplitud de la señal analógica se utiliza para modular la amplitud de la señal portadora. AM se usa ampliamente en el campo de la transmisión, donde la señal de audio se modula para formar una señal AM y luego se demodula en el extremo receptor.
Modulación de frecuencia (FM): en la modulación de frecuencia, la frecuencia de la señal analógica se utiliza para modular la frecuencia de la señal portadora. La FM se utiliza comúnmente en radiodifusión, comunicaciones por radio y transmisión de audio, proporcionando una transmisión de audio de calidad relativamente alta.
Modulación de fase (PM, modulación de fase): en la modulación de fase, la fase de la señal analógica se utiliza para modular la fase de la señal portadora. La modulación de fase también se utiliza en sistemas de comunicación, especialmente en ciertos métodos de modulación en comunicaciones digitales.
(2) Modulación digital:
La modulación digital es una tecnología utilizada para transmitir señales digitales (señales discretas) en comunicaciones inalámbricas. En la modulación digital, una señal digital se convierte en una forma de señal portadora analógica para transmitir información en un medio de comunicación.
La modulación digital implica la transmisión de señales binarias (0 y 1). Este enfoque se divide en modulación de una sola portadora, donde la portadora ocupa todo el ancho de banda (es decir, amplitud, frecuencia y fase), y esquemas de múltiples portadoras donde se modulan y transmiten diferentes datos en múltiples portadoras.
La modulación digital tiene dos pasos principales:
Modulación: En la etapa de modulación, las señales digitales se utilizan para ajustar ciertas características de la señal portadora analógica, como la amplitud, la frecuencia o la fase. De esta manera, la información digital se integra en la señal portadora para formar una señal modulada.
Demodulación: en el extremo receptor, la señal modulada se demodula para restaurar la información digital de la señal portadora. El propósito de la demodulación es extraer la señal digital original de la señal recibida para su posterior procesamiento y uso.
Varios métodos de modulación digital comunes:
ASK (Amplitude Shift Keying): Es un método de modulación que transmite información digital cambiando la amplitud de la señal portadora.
principio de funcionamiento:
En ASK, se utilizan señales digitales (normalmente señales binarias, 0 y 1) para controlar la amplitud de la señal portadora. Normalmente, la lógica alta (bit 1) y la lógica baja (bit 0) corresponden a dos amplitudes diferentes. De esta manera, se puede incrustar información digital en la señal portadora.
FSK (Frequency Shift Keying, modulación de frecuencia): Transmite información digital cambiando la frecuencia de la señal portadora. En FSK, se asignan diferentes señales digitales a diferentes frecuencias portadoras para realizar la transmisión de información digital.
principio de funcionamiento:
En FSK, se utilizan dos o más frecuencias diferentes para representar diferentes señales digitales. Normalmente, una frecuencia representa un estado en binario (por ejemplo, 0 o 1) y otra frecuencia representa otro estado. Al cambiar entre estas frecuencias, se puede transmitir información digital.
PSK (Phase Shift Keying, modulación de fase): Transmite información digital cambiando la fase de la señal portadora. En PSK, diferentes fases representan diferentes señales digitales, normalmente dos estados (2PSK o BPSK) o múltiples estados (PSK multifase).
principio de funcionamiento:
En PSK, se asignan diferentes señales digitales a diferentes fases. Normalmente, 2PSK (también conocido como BPSK) utiliza dos estados de fase, 0 grados y 180 grados, para representar dos estados (0 y 1) en binario. En PSK multifásico, se pueden usar más fases para representar más señales digitales. Al cambiar la fase, se puede transmitir información digital.
QAM (Modulación de Amplitud en Cuadratura): Es un método de modulación digital que transmite información digital cambiando la amplitud y la fase al mismo tiempo. QAM se utiliza a menudo para aumentar las velocidades de transmisión de datos, permitiendo la transmisión de múltiples bits dentro de un rango de espectro limitado.
principio de funcionamiento:
En QAM, diferentes señales digitales se asignan a diferentes combinaciones de amplitud y fase. Normalmente, los símbolos QAM están representados por puntos en los sistemas de coordenadas I (en fase, parte real) y Q (en cuadratura, parte imaginaria). Cada punto representa un conjunto específico de amplitudes y fases y puede representar múltiples bits.
(3) Modulación de pulso:
La modulación de pulsos es una tecnología de comunicaciones que convierte señales analógicas en una secuencia de pulsos o incorpora información digital en los pulsos. Tiene una variedad de aplicaciones en el campo de las comunicaciones, incluida la modulación de código de pulso (PCM), la modulación de amplitud de pulso (PAM), la modulación de posición de pulso (PPM), etc.
Principales formas de modulación de pulso:
Modulación de código de pulso (PCM, modulación de código de pulso): PCM es una tecnología de modulación digital que convierte señales analógicas en secuencias de pulsos. En PCM, una señal analógica se muestrea en el tiempo y cada valor muestreado se convierte en un código digital correspondiente. Estos códigos digitales forman una secuencia de pulsos que pueden transmitirse en comunicaciones digitales. PCM se utiliza ampliamente en comunicaciones de voz y transmisión de audio digital, como redes telefónicas y CD de audio.
Modulación de amplitud de pulso (PAM): PAM es una tecnología de modulación que incorpora la información de amplitud de señales analógicas en pulsos. La amplitud de la señal determina la amplitud del pulso. PAM se utiliza a menudo en sistemas de comunicación digital de banda base, donde la información de amplitud de la señal digital se transmite a través de la amplitud del pulso.
Modulación de posición de pulso (PPM, modulación de posición de pulso): PPM es una tecnología de modulación que incorpora información digital en la posición del pulso. En PPM, los diferentes valores digitales están representados por la posición relativa de los pulsos. PPM se utiliza comúnmente en comunicaciones ópticas y sistemas de comunicaciones inalámbricas.
Modulación de ancho de pulso (PWM, Modulación de ancho de pulso): PWM es una tecnología de modulación que convierte una señal analógica en una secuencia de pulsos, donde el ancho del pulso es proporcional a la amplitud de la señal analógica. PWM se utiliza a menudo en el campo de la electrónica de potencia, como el control de motores de CC, el control de inversores, etc.
(4) Espectro ensanchado:
Spread Spectrum es una tecnología de comunicación cuya idea básica es difundir la señal por todo el espectro para que ocupe una banda de frecuencia más amplia que los sistemas de comunicación tradicionales. El espectro extendido a menudo se asocia con inmunidad a la interferencia, sigilo y mayor seguridad. Hay dos técnicas principales de espectro ensanchado: espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS) y espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS).
Espectro ensanchado de secuencia directa (DSSS):
En DSSS, el flujo de bits digitales transmitido se multiplica por una secuencia pseudoaleatoria de alta velocidad (también llamada código de ensanchamiento o pseudocódigo). Esta secuencia pseudoaleatoria tiene una frecuencia mucho más alta que la señal original, lo que hace que la señal sea espectralmente más amplia. El extremo receptor conoce el pseudocódigo y puede utilizar el mismo pseudocódigo para restaurar la señal a los datos originales. Una de las ventajas del DSSS es que proporciona inmunidad a la interferencia, ya que es poco probable que las señales perturbadoras se demodulen a menos que se conozca el pseudocódigo.
Espectro ensanchado por salto de frecuencia (FHSS):
En FHSS, la señal transmitida salta a través de diferentes frecuencias durante cortos períodos de tiempo. Los dispositivos emisores y receptores acuerdan de antemano una secuencia de salto de frecuencia para poder coordinar los cambios de frecuencia durante las comunicaciones. Este método hace que la señal presente una característica de salto en el espectro de frecuencia, mejorando así la capacidad antiinterferencia del sistema. La ventaja de FHSS es que su interferencia transitoria en una sola banda de frecuencia puede ser compensada por señales en otras frecuencias durante el proceso de salto de frecuencia.
Aplicaciones de los métodos de modulación inalámbrica.
Aplicación de métodos de modulación analógica AM, FM, PM.
AM (modulación de amplitud):
Estaciones de transmisión: en la transmisión AM, las señales de audio se modulan en frecuencias de radio para cubrir el área de transmisión distribuyéndose en un área amplia.
Comunicaciones aeronáuticas: la modulación AM también se utiliza en algunos sistemas de comunicaciones aeronáuticas, como en las comunicaciones de voz entre aeronaves y estaciones terrestres.
FM (modulación de frecuencia):
Estaciones de radio: La radio FM es la principal aplicación de la modulación FM, la cual se caracteriza por brindar mayor calidad de sonido y antiinterferencias, por lo que es superior a la radio AM en cuanto a transmisión de audio.
Comunicación inalámbrica: en los sistemas de comunicaciones móviles, la modulación FM se suele utilizar para algunas aplicaciones especiales, como comunicaciones por satélite, comunicaciones de barcos, etc.
Transmisión de audio y vídeo: La modulación FM también se utiliza en sistemas de micrófonos inalámbricos, auriculares inalámbricos, transmisión inalámbrica de TV, etc.
PM (modulación de fase):
Comunicaciones digitales: En las comunicaciones digitales, Phase Shift Keying (PSK) es una técnica de modulación y PM es su versión analógica continua. PM se usa comúnmente en algunos módems y sintetizadores con modulación de fase.
Sistema de radar: PM se utiliza en algunos sistemas de radar para modular la señal de pulso del radar para obtener la información de fase del objetivo.
Síntesis de audio digital: en la síntesis de audio digital, el sintetizador de modulación de fase utiliza PM para generar señales de audio.
Aplicación de métodos de modulación digital ASK, FSK, PSK, QAM
PREGUNTE (modulación de amplitud):
Control remoto: ASK se utiliza a menudo para controles remotos, como controles remotos de TV, controles remotos de puertas de garaje, etc.
Red de sensores: ASK es un método de modulación común en redes de sensores de baja potencia y corta distancia.
RFID (Identificación por radiofrecuencia): ASK se utiliza en sistemas RFID para rastrear e identificar objetos.
FSK (modulación de frecuencia):
Comunicaciones digitales: FSK se usa ampliamente en módems, radios FM, sistemas de comunicaciones celulares, etc.
Redes de computadoras: FSK se utiliza para la transmisión de datos en algunas redes de computadoras, como en los módems.
Sistemas de telemetría: FSK se utiliza a menudo en sistemas de telemetría donde los sensores recopilan
PSK (modulación de fase):
Comunicación digital: PSK se utiliza ampliamente en sistemas de comunicación digital, como Wi-Fi, WiMAX, etc.
Comunicaciones por satélite: PSK también se utiliza comúnmente en comunicaciones por satélite, especialmente cuando se requiere inmunidad a la interferencia de trayectorias múltiples.
Transmisión de audio digital: en la transmisión de audio digital, PSK se puede utilizar en algunos escenarios de aplicación específicos.
QAM (modulación de amplitud en cuadratura):
Comunicación digital: QAM se utiliza ampliamente en sistemas de comunicación digital, como módems, televisión digital, radiodifusión digital, etc.
Comunicaciones por cable: QAM se utiliza en comunicaciones por cable, como módems de cable, para aumentar las velocidades de transferencia de datos.
Comunicación inalámbrica: QAM también se utiliza en sistemas de comunicación inalámbrica como Wi-Fi y 4G.
Aplicación de modulación de pulsos PCM, PAM, PPM, PWM
PCM (modulación de código de pulso):
Transmisión de audio: PCM se usa ampliamente en el campo de la transmisión de audio, como equipos de grabación y reproducción de audio digital, reproductores de CD, transmisión de audio digital, etc.
Sistemas de Comunicación: PCM se utiliza para la transmisión de señales digitales en sistemas de comunicación, especialmente en redes telefónicas y comunicaciones de voz.
PAM (modulación de amplitud de pulso):
Comunicación por cable: PAM se utiliza a menudo en sistemas de comunicación por cable, como la transmisión de banda base cuando se transmiten señales digitales y la transmisión de datos en circuitos digitales.
Comunicaciones digitales: PAM también se puede utilizar para enlaces de transmisión en sistemas de comunicaciones digitales.
PPM (modulación de posición de pulso):
Sistemas de radar: PPM se utiliza en sistemas de radar donde la posición del pulso corresponde al alcance del objetivo.
Comunicaciones ópticas: PPM tiene algunas aplicaciones en el campo de las comunicaciones ópticas, especialmente
PWM (modulación de ancho de pulso):
Electrónica de potencia: PWM se usa ampliamente en campos de electrónica de potencia, como control de motores de CC y control de inversores.
Procesamiento de audio: PWM tiene algunas aplicaciones en síntesis y procesamiento de audio digital, como amplificadores de audio digital (Amplificadores Clase D).
Aplicaciones de espectro ensanchado:
Antiinterferencias: La tecnología de espectro ensanchado puede mejorar la resistencia del sistema a las interferencias, haciendo que las comunicaciones sean más confiables en entornos con interferencias.
Seguridad: La tecnología de espectro ensanchado proporciona un medio para combatir las escuchas ilegales, ya que la señal sólo puede demodularse correctamente si se conoce el código de ensanchamiento correcto.
Uso compartido del espectro entre múltiples usuarios: la tecnología de espectro ensanchado permite que varios usuarios transmitan en la misma banda de frecuencia sin interferir entre sí, lo que se denomina acceso múltiple por división de código (CDMA).
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