Modulación

1. República Bolivariana de Venezuela
Universidad Fermín Toro
Vicerrectorado Académico
Facultad de Ingeniería
Cabudare Edo-Lara
MODULACIÓN
Elaborado por: Luis Rodríguez

2. DEFINICIÓN Y TIPOS DE MODULACIÓN
¿Por qué se modulan las señales? El proceso de modulación supone una adaptación de la señal al medio de transmisión por el cual va a propagarse.
Normalmente implica la alteración de su banda de frecuencias para transmitir la señal en una gama de frecuencias más adecuada. La necesidad de modular viene dada por la imposibilidad de la propagación de la señal en su banda de frecuencias “base”, o en superar las dificultades que se presenta esta propagación. En general, se pretenden conseguir los siguientes objetivos en el proceso de modulación:
 Posibilidad de multiplexión, es decir, de enviar varios canales de información de una manera conjunta por el mismo medio de transmisión.
 Facilitar la propagación de la señal por el medio de transmisión adaptándola a él. El ejemplo típico es la radiación de señales por ondas de radio. Exige utilizar antenas de longitud aproximada λ/2, donde λ es la longitud de onda de la señal. Para señales de voz limitadas a 4 KHz, la longitud de antena a utilizar sería de unos 75Km, totalmente desproporcionada. Entonces, para emitir señales de radio es necesaria una modulación previa para convenir la señal a frecuencias fácilmente radiables:
λ = c / f en donde es la velocidad de la luz, y f la frecuencia de la señal.
 Reducción del ruido e interferencia. Empleando el método de modulación adecuado se puede reducir el ruido e interferencias que sufre la señal durante su transmisión, con relación a la transmisión banda base.
 Superar limitaciones de equipos. Los equipos electrónicos utilizados en los sistemas de telecomunicación pudieran mejorar la calidad de la transmisión.
En todo proceso de modulación existen una serie de señales propias del proceso:
Se llama moduladora a la señal que contiene toda la información que se quiere enviar. Existe también una señal encargada de “trasladar” al otro extremo de la comunicación esa información que contiene moduladora. Esta señal que se encarga de llevar la información de la moduladora se denomina portadora o carrier. El resultado del proceso será una señal llamada portadora modulada. En general, la modulación va a conseguir en la alteración sistemática de algún parámetro de la señal portadora a cargo de la señal moduladora, que es la que originalmente contiene información.

3. El parámetro a modificar de la portadora puede ser la amplitud, la frecuencia, la fase, la posición o la duración del pulso. Según sea la naturaleza de la señal modulada, asi se denominara el tipo de modulación. Así pues, habrá sistemas de modulación con portadora analógica o digital y también la señal moduladora puede ser analógica o digital, tal como lo muestra la siguiente tabla:
Modulación por Pulsos:
La modulación por pulsos corresponde a una señal moduladora analógica y una portadora digital, por lo que es usual para transmisión digital de voz y video. Los diferentes tipos PAM, PDM, Y PPM reciben su nombre directamente del parámetro de la señal portadora a variar o “modular”, amplitud, duración o posición de los pulsos, respectivamente.
En el proceso de modulación se lleva a cabo un muestreo de la señal moduladora y a partir de estas muestras se construyen los distintos tipos de señal modulada. El hecho de pasar de una señal analógica a sus muestras nos puede plantear la cuestión de cuantas muestras hemos de tomar para reproducir exactamente dicha señal a partir de sus muestras, o para poder trabajar con estas muestras de la señal, con la seguridad de que representan fielmente la señal analógica original. Es evidente que el número de muestras a tomar por unidad de tiempo depende de la rapidez con la que la señal varia en el tiempo, que a su vez, tiene relación con el ancho de banda de la señal. Es decir, cuanto más rápidamente varié la señal y por tanto mayor

4. ancho de banda, mayor frecuencia de muestra hay que emplear para reproducir la señal con fidelidad. La respuesta cuantitativa a esta cuestión, se obtiene a partir del teorema de muestreo o TEOREMA de NYQUIST: “Para reproducir una señal, de frecuencia más alta fmax, a partir de sus muestras es preciso emplear una frecuencia de muestreo (fs) igual o mayor que 2* fmax (Frecuencia de Nyquist)”.
Fs≥2*fmax
Esto permite pasar de una señal a sus muestras y viceversa fácilmente: para una señal de voz de 0-4KHz, podemos trabajar a partir de sus muestras tomadas a ritmo de 8.000 por segundo y retornar a la señal analógica vocal sin errores.
Modulación por Amplitud de Pulso (PAM)
En el caso de PAM, la anchura y la separación de los pulsos permanece constante, siendo la amplitud de los mismos lo que varía de acuerdo con la amplitud de la moduladora, tal y como se ve en la figura anterior. Como puede observarse en la figura la señal analógica seria envolvente del conjunto de pulsos obtenidos tras la modulación.
Modulación Por Posición de Pulso (PPM)

5. En el caso de la modulación por posición de pulso, la anchura y la amplitud de los pulsos permanece constante, siendo l aposición de los mismos lo que varía de acuerdo con la amplitud de la moduladora, tal como se muestra en la figura anterior. La distancia entre dos pulsos representa la amplitud muestreada de la onda seno.
Modulación por Duración de Pulso (PDM)
En el caso de la modulación por duración de pulso, amplitud y la separación de los pulsos permanece constante, siendo la anchura de los mismos lo que varía de acuerdo con la amplitud de la moduladora. A mayor amplitud de la señal inicial mayor anchura en el pulso de la señal modulada, tal como se muestra en la siguiente figura:
Modulación por Pulsos Codificados (PCM)
Un sistema de modulación que ha alcanzado un gran auge es PCM, también llamado MIC atendiendo a las siglas castellanas. Tanto el PDM como el PPM utilizando pulsos de amplitud constante, pero son todavía la representación analógica de una señal analógica. En el sistema PCM cada pulso es codificado en su equivalente binario antes de su transmisión convirtiendo así una señal analógica en digital siguiendo los pasos:
 Muestreo de PAM, PPM o PDM
 Cuantificación
 Codificación

6. Muestreo: Para convertir una señal analógica en señal PCM el primer paso es muestrearla, obteniendo de esta forma una señal discreta en un dominio pero continua en su rango, es decir, está definida únicamente en unos instantes de tiempo pero la amplitud que puede alcanzar en dichos instantes es cualquiera.
Cuantificación: El hecho de que la amplitud de la señal en los instantes de muestra pueda ser cualquiera supone que para codificarla necesitaríamos un número infinito de bits. En otras palabras: tenemos un número infinitos de niveles. Por tanto, es necesario cuantificar la señal, es decir, asignar a una serie de valores de x(t) un único valor, de forma que después del proceso de cuantificación, el número de valores que puede tener la señal x(t) sea finito. El proceso se ilustra en la siguiente figura:
A todos los valores comprendidos entre nδ y (n+1)δ se les asigna el valor:
δ= δ
Otra forma de cuantificar la señal sería la siguiente. Para muestras comprendidas en un intervalo de cuantificación se tomará el valor más cercano al intervalo de cuantificación. Consiste en asignar a varias muestras el valor del entero más cercano.
Al hacer aproximaciones se produce un error, denominado ERROR DE CUANTIFICACIÓN y su valor es la mitad del intervalo de cuantificación. El error de cuantificación se puede reducir estableciendo mas intervalos de cuantificación teniendo en cuenta que si el número de niveles es muy elevado, tendremos que enviar gran cantidad de bits por cada muestra que queramos enviar. Si la señal moduladora es débil los errores de cuantificación cometidos son relativamente más importantes que cuando la señal es más fuerte, como se desprende de la siguiente figura:

7. Para ello se puede hacer una cuantificación no uniforme: comprimir más los niveles cuando la amplitud de la señal es pequeña con lo cual disminuirían los errores de cuantificación en este rango de amplitud, pequeña y menos para las amplitudes altas.
Codificación: la fase de codificación consiste en asignar un número de bits a cada una de las muestras que se van a enviar. Este número de bits depende del número de niveles usados (N) y número de bits asignados (n) es logarítmica:
n≥log₂N