Teoría de las telecomunicaciones. Unidad II: Técnicas de Modulación. 2.1 Importancia de la modulación

Transcripción

1 2.1 Importancia de la modulación En telecomunicación el término modulación engloba el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinodal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que permitirá transmitir más información simultánea o proteger la información de posibles interferencias y ruidos.

2 2.1 Importancia de la modulación 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. Es decir, se encarga de transformar la señal digital que sale de la computadora, en analógica, que es en la forma que viaja a través de las líneas de teléfono comunes (modula la señal); y a su vez, el receptor se encarga de "demodular" la señal, transformándola de analógica a digital para ser recibida de nuevo por la computadora

3 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en amplitud (AM) Amplitud Modulada (AM) o modulación de amplitud 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. La modulación de amplitud es equivalente a la modulación en doble banda lateral con reinserción de portadora. Una gran ventaja de AM es que su demodulación es muy simple, por tanto los receptores son sencillos y baratos.

4 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en amplitud (AM) La ecuación de una señal modulada en AM es la siguiente: S( t) [1 n x( t)] Cos(2 fct a donde Cos(2πfct) es la portadora y x(t) es la señal de entrada, ambas normalizadas a la amplitud unidad. El parámetro n a denominado índice de modulación, es el cociente entre la amplitud de la señal de entrada y la amplitud de la portadora (0 < u < 1 ). )

5 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en amplitud (AM)

6 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en frecuencia (FM) Frecuencia Modulada (FM) o Modulación de frecuencia 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. El uso más típico de este tipo de modulación es la radiodifusión en FM

7 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en frecuencia (FM) La modulación de frecuencia requiere un ancho de banda mayor que la modulación de amplitud para una señal modulante equivalente, sin embargo este hecho hace a la señal modulada en frecuencia más resistente a las interferencias. La modulación de frecuencia también es más robusta ante fenómenos de desvanecimiento de amplitud de la señal recibida. Es por ello que la FM fue elegida como la norma de modulación para las transmisiones radiofónicas de alta fidelidad

8 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en frecuencia (FM) Una señal modulada en frecuencia puede ser también usada para transportar una señal estereofónica. Sin embargo, esto se hace mediante multiplexación de los canales izquierdo y derecho de la señal estéreo antes del proceso de modulación de frecuencia. De forma inversa en el receptor se lleva a cabo la demultiplexación después de la demodulación de la señal FM. Por lo tanto el proceso estereofónico es totalmente ajeno a la modulación en frecuencia propiamente dicha

9 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en frecuencia (FM) Un caso particular simple de modulación de frecuencia es la denominada modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). Si la fase de la onda portadora varía directamente de acuerdo con la señal modulante, resulta una señal de modulación en fase. En una onda sinodal pueden variar tres propiedades: la amplitud, la frecuencia y la fase.

10 2.2 Técnicas de modulación analógica Modulación en frecuencia (FM) Por lo tanto si variamos la fase de una portadora con amplitud constante directamente proporcional, a la amplitud de la señal modulante, con una velocidad igual a la frecuencia de la señal modulante, obtenemos la PM (Phase Modulation). La modulación en frecuencias y la modulación en fase son casos particulares de la denominada modulación en ángulo.

11 2.3 Conversión analógico a digital Una conversión analógica-digital consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (encriptar, comprimir, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas. Este proceso es también llamado digitalización

12 2.3 Conversión analógico a digital El dispositivo que se utiliza para la conversión de los datos analógicos en digitales, y que posteriormente recupera los datos analógicos iniciales de los digitales se denomina codec (codificador-decodificador). Ventajas de porque es necesario digitalizar: 1. La señal digital es inmune al ruido. 2. La señal digital es menos sensible que la analógica a las interferencias, etc.

13 2.3 Conversión analógico a digital 3. Ante la pérdida de cierta cantidad de información, la señal digital puede ser reconstruida gracias a los sistema de regeneración de señales (usados también para amplificarla, sin introducir distorsión). También cuenta, con sistemas de detección y corrección de errores que, por ejemplo, permiten introducir el valor de una muestra dañada, obteniendo el valor medio de las muestras adyacentes (interpolación).

14 2.3 Conversión analógico a digital 4. Facilidad el procesamiento de la señal. Cualquier operación está al alcance de un click. 5. La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad. Esta ventaja sólo es aplicable a los formatos de disco óptico, la cinta magnética digital, aunque en menor medida que la analógica (que sólo soporta como mucho 4 o 5 generaciones), también va perdiendo información con la multigeneración

15 2.3 Conversión analógico a digital Inconvenientes de la señal digital 1. La señal digital requiere mayor ancho de banda para ser transmitida que la analógica. 2. Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior, en el momento de la recepción. 3. La transmisión de señales digital requiere una sincronización precisa entre los tiempos del reloj de transmisor, con respecto a los del receptor. Un desfase, por mínimo que sea, cambia por completo la señal.

16 2.3 Conversión analógico a digital La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos: Muestreo, Cuantización y Codificación. MUESTREO El muestreo digital es uno de los procesos que permite la digitalización de las señales. Consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de la señal analógica. Estas muestras no se toman de forma aleatoria, al azar, sino que se toman intervalos fijos de tiempo (de ahí que hayan quedado definidas como periódicas).

17 2.3 Conversión analógico a digital Cada muestra debe durar el mismo tiempo y efectuarse en el mismo intervalo. La velocidad a la que se hace este muestreo, es decir, el número de muestras que se toman por segundo es lo que se conoce como frecuencia de muestreo. Por muy eficaz que sea el muestreo realizado, por muy alta que sea la frecuencia de muestreo, hay que tener presente que siempre que haya un muestreo va a haber una cierta pérdida de calidad de la señal. Siempre habrá matices de la señal que no van a ser tenidos en cuenta, dado que no han sido muestreados.

18 2.3 Conversión analógico a digital

19 2.3 Conversión analógico a digital Realización del muestreo

20 CUANTIZACIÓN 2.3 Conversión analógico a digital El proceso de cuantización es uno de los pasos que se sigue para lograr la digitalización de una señal analógica. Básicamente, la cuantificación lo que hace es convertir una sucesión de muestras de amplitud continua en un sucesión de valores de amplitudes discretas o lo que es lo mismo, una señal digital, aunque no binaria.

21 2.3 Conversión analógico a digital CUANTIZACIÓN Durante el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras, obtenidas en el proceso de muestreo, y se les atribuye a un valor finito (discreto) de amplitud, seleccionado por aproximación dentro de un margen de niveles previamente fijado.

22 2.3 Conversión analógico a digital CUANTIZACIÓN Los valores preestablecidos para ajustar la cuantificación se eligen en función de la propia resolución que utilice el código empleado durante la codificación. Si el nivel obtenido no coincide exactamente con ninguno, se toma como valor el inferior más próximo. En este momento, la señal analógica (que puede tomar cualquier valor) se convierte en una señal digital, ya que los valores que están preestablecidos, son finitos.

23 2.3 Conversión analógico a digital CUANTIZACIÓN No obstante, todavía no se traduce al sistema binario. La señal ha quedado representada por un valor finito que durante la codificación (siguiente proceso de la conversión analógico digital) será cuando se transforme en una sucesión de ceros y unos.

24 2.3 Conversión analógico a digital CUANTIZACIÓN Así pues, la señal digital que resulta tras la cuantificación es sensiblemente diferente a la señal eléctrica analógica que la originó, por lo que siempre va a existir una cierta diferencia entre ambas que es lo que se conoce como error de cuantización que se produce cuando el valor real de la muestra no equivale a ninguno de los escalones disponibles para su aproximación y la distancia entre el valor real y el que se toma como aproximación es muy grande.

25 CUANTIZACIÓN 2.3 Conversión analógico a digital Un error de cuantificación se convierte en un ruido cuando se reproduzca la señal tras el proceso de decodificación digital

26 CODIFICACION 2.3 Conversión analógico a digital La codificación consiste en la traducción de los valores de tensión eléctrica analógicos que ya han sido cuantificados (ponderados) al sistema binario, mediante códigos preestablecidos. La señal analógica va a quedar transformada en un tren de impulsos digital (sucesión de ceros y unos). La codificación que se realiza mediante el sistema binario está basada en el álgebra de Boole.

27 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) El Teorema de Nyquist es la suficiente razón de muestreo para que al ser digitalizada una señal analógica y al realizar el proceso contrario, digitalanalógico, la señal sea idéntica (o casi idéntica) a la original. El teorema de muestreo de Nyquist-Shannon es un teorema fundamental de la teoría de la información, especialmente útil en las telecomunicaciones, también se le conoce como teorema de muestreo de Whittaker-Nyquist-Kotelnikov-Shannon, o simplemente criterio de Nyquist

28 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) Desarrollado por H. Nyquist, quien afirmaba que "una señal analógica puede ser reconstruida, sin error, de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo. La razón de muestreo debe ser igual, o mayor, al doble de su ancho de banda de la señal analógica".

29 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) El teorema afirma que cuando se muestrea una señal, la frecuencia de muestreo debe ser mayor que dos veces el ancho de banda de la señal de entrada, para poder reconstruir la señal original a partir de las muestras. Si B es el ancho de banda de la señal y F m es la frecuencia de muestreo, el teorema puede expresarse del siguiente modo: F m > 2B

30 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) CAPACIDAD SEGÚN SHANNON Es la capacidad teórica de un canal de comunicación (propiedad del sistema). La capacidad (C) es directamente proporcional al ancho de banda del sistema (B), es logarítmicamente proporcional a la razón de señal a ruido a la entrada del sistema y el intercambio de C por SNR se torna ineficiente para valores altos de SNR.

31 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) CAPACIDAD SEGÚN SHANNON

32 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) CAPACIDAD SEGÚN NYQUIST. Es la capacidad bajo la premisa de que no hay ruido.

33 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) CAPACIDAD SEGÚN NYQUIST. Nótese que la capacidad (C) es directamente proporcional al ancho de banda (B), es logarítmicamente proporcional a la cantidad de señales diferentes y el intercambio se torna ineficiente para valores altos de M.

34 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) SHANNON Y NYQUIST A primera vista luce como que es posible transmitir la cantidad de bits/seg que se nos antoje con solo aumentar M en la ecuación de Nyquist. Todo en esta vida tiene un costo. La C de Nyquist es la misma C de Shannon.

35 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) SHANNON Y NYQUIST

36 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) RELACION ENTRE M Y SNR

37 2.3 Conversión analógico a digital Teorema de muestreo (Nyquist) Note que el margen de ruido tiene que ser más bajo a medida que aumenta el número de señales. De no hacer esto, le va a ser imposible determinar cuál es la señal correcta.

38 2.4 Modulación en Banda Base Una señal digital es una secuencia de pulsos de tensión discretos y discontinuos, donde cada pulso es un elemento de señal. Los datos binarios se transmiten codificando cada bit de datos en cada elemento de señal. Si todos los elementos de señal tienen el mismo signo algebraico (es decir, si son todos positivos o todos negativos) la señal es unipolar. En otra señal polar, por el contrario, un estado lógico se representará mediante un nivel positivo de tensión y el otro, mediante un nivel negativo.

39 2.4 Modulación en Banda Base La velocidad de transmisión de una señal, es la velocidad expresada en bits por segundo, a la que se transmiten los datos. El elemento de señalización ya sea digital (un pulso de tensión de amplitud constante) o analógico (un pulso de frecuencia, fase y amplitud constantes) es aquella parte de la señal que ocupa el intervalo mas corto correspondiente a un código de señalización. La velocidad de señalización o modulación expresada en baudios (número de elementos de señalización por segundo) es la velocidad a la que se transmiten los elementos de señalización.

40 2.4 Modulación en Banda Base Antes de describir la técnicas de modulación, se consideran los siguientes procedimientos a tener en cuenta para su evaluación y comparación. 1. Espectro de señal. Se debe considerar la ausencia de componentes a altas frecuencias Un buen diseño debería concentrar la potencia transmitida en la parte central del ancho de banda de la señal transmitida. En tal caso se tendrá una distorsión menor en la señal recibida. Para conseguir este objetivo, se pueden diseñar los códigos de forma que se modele adecuadamente el espectro de la señal transmitida.

41 2.4 Modulación en Banda Base 2. Sincronización. Esto es proporcionar una sincronización mediante la propia señal transmitida, lo que puede conseguirse si se adopta un esquema de codificación adecuado. 3. Detección de errores. Es útil disponer de alguna capacidad de detección de errores incorporada en el esquema de codificación situado en la capa física, permitiéndose así que los errores se detecten más rápidamente

42 2.4 Modulación en Banda Base 4. Inmunidad al ruido e interferencias. Algunos códigos exhiben un comportamiento superior que otros en presencia de ruido. Esto se expresa habitualmente mediante la tasa de errores por bit BER (Bit Error Rate). 5. Coste y complejidad. Cuanto mayor es la velocidad de elementos de señal para una velocidad de transmisión dada, mayor es el coste.

43 2.4 Modulación en Banda Base Codificación polar: NRZI, NRZ-L, Amplitud y Amplitud diferencial. No retorno a cero (NRZ-L) La forma mas frecuente de transmitir señales digitales es mediante la utilización de un nivel diferente de tensión para cada uno de los dígitos binarios. Los códigos que siguen esta estrategia comparten la propiedad de que el nivel de tensión se mantiene constante durante la duración del bit; es decir, no hay transiciones. Si el valor binario es 0 le corresponde un nivel alto, si el valor binario es 1 le corresponde un nivel bajo.

44 2.4 Modulación en Banda Base La desventaja de NRZ-L es que puede resultar difícil distinguir secuencias largas del mismo tipo de dato y que el nivel DC depende de la cantidad de 1 y 0 presentes en los datos

45 2.4 Modulación en Banda Base No retorno a cero invertido (NRZI) NRZI es una modificación diferencial de NRZ-L. La codificación de cada bit se hace de la siguiente manera: si se trata de un valor binario 0, se codifica con la misma señal que el bit anterior, si se trata de un valor binario 1, entonces se codifica con una señal diferente que la utilizada para el bit precedente

46 2.4 Modulación en Banda Base No retorno a cero invertido (NRZI) NRZI es una modificación diferencial de NRZ-L. La codificación de cada bit se hace de la siguiente manera: si se trata de un valor binario 0, se codifica con la misma señal que el bit anterior, si se trata de un valor binario 1, entonces se codifica con una señal diferente que la utilizada para el bit precedente

47 2.4 Modulación en Banda Base No retorno a cero invertido (NRZI)

48 2.4 Modulación en Banda Base No retorno a cero invertido (NRZI) NRZ es sencillo de diseñar, tiene buen uso del ancho de banda disponible ( baud rate = bit rate ). Su desventaja es que su componente DC depende del patrón de la señal y por tanto es difícil de sincronizar. Y no es muy común que se utilice en sistemas de comunicación de datos de diseño moderno.

49 2.4 Modulación en Banda Base Todas las técnicas bifase fuerzan al menos una transición por cada bit pudiendo tener hasta dos en ese mismo periodo. Por tanto, la velocidad de modulación máxima es el doble que en los NRZ; esto significa el pulso consiste realmente de dos pulsos de mitad de duración cada uno (1 bit à 2 bauds) ocupa el doble del ancho de banda que NRZ. No obstante, los esquemas bifase tienen las siguientes ventajas: Sincronización, No tiene componente contínua y se pueden detectar errores si se observa una ausencia de transición esperada en mitad del intervalo.

50 Manchester Teoría de las telecomunicaciones 2.4 Modulación en Banda Base Siempre hay una transición (cambio de nivel) a mitad del intervalo del bit. Esta transición a la mitad del bit sirve como un procedimiento de sincronización a la vez que sirve para transmitir los datos: una transición de bajo a alto epresenta un 1 y una transición de alto a bajo representa un 0

51 2.4 Modulación en Banda Base Manchester Diferencial Siempre hay una transición en mitad del intervalo que se utiliza tan solo para proporcionar sincronización. La codificación de un 0 se representa por la presencia de una transición al principio del intervalo del bit, y un 1 se representa mediante la ausencia de una transición al principio del intervalo.

52 2.4 Modulación en Banda Base Los códigos bifase se usan con frecuencia en los esquemas de transmisión de datos. Uno de los mas conocidos Manchester que se ha elegido como parte de la especificación de la normalización IEEE para la transmisión de redes LAN. El Manchester Diferencial se ha elegido en la normalización IEEE para redes LAN de anillo con paso de testigo.

53 2.4 Modulación en Banda Base Manchester vs Manchester diferencial

54 2.4 Modulación en Banda Base Codificación amplitud: AMI, B8ZS y HDB3 Bipolar AMI En el esquema Bipolar AMI, un 0 binario se representa por ausencia de señal y el 1 binario se representa como un pulso positivo o negativo. Los pulsos correspondientes a los 1 deben de tener una polaridad alternante. Este tipo de esquemas tiene las siguientes ventajas. En primer lugar, no habrá problemas de sincronización en el caso de que haya una cadena larga de 1.

55 2.4 Modulación en Banda Base Codificación amplitud: AMI, B8ZS y HDB3 Bipolar AMI En segundo lugar ya que los elementos de la señal correspondientes a 1 alternan el nivel de tensión, no hay componente contínua. Además que el ancho de banda es considerablemente menor que el de NRZ. Regla: 0 = ausencia de señal 1 = pulso positivo o negativo alternados

56 2.4 Modulación en Banda Base Codificación amplitud: AMI, B8ZS y HDB3 Bipolar AMI

57 2.4 Modulación en Banda Base Seudo Ternario En este caso, el bit 1 se representa por ausencia de señal, y el 0 mediante pulsos de polaridad alternante. Regla: 0 = pulso positivo o negativo alternados 1 = ausencia de señal

58 2.4 Modulación en Banda Base Bipolar vs Seudo ternario

59 2.4 Modulación en Banda Base Substitución ( Scrambling ) La idea de esta técnica es reemplazar las secuencias de bits que den lugar a niveles de tensión constantes por otras secuencias que proporcionen suficiente número de transiciones de forma tal que el reloj del receptor pueda mantenerse sincronizado. En el receptor se debe identificar la secuencia reemplazada y sustituirla por la secuencia original. La secuencia reemplazada tendrá la misma longitud que la original. Los objetivos de este diseño se puede resumir en:

60 2.4 Modulación en Banda Base Substitución B8ZS (Bipolar whit 8-Zeros Substitución) Este es un esquema de codificación que se usa habitualmente en Norteamérica, y se basa en un AMI bipolar. Debido a que el inconveniente de los códigos AMI es que una secuencia larga de ceros puede dar a una pérdida de sincronización. Para evitar este problema la codificación se realiza de acuerdo a las siguientes reglas:

61 2.4 Modulación en Banda Base Substitución B8ZS (Bipolar whit 8-Zeros Substitución) Regla de substitución (para cadena de 8 ceros consecutivos): 1. Si el último pulso previo al octeto era positivo (+) = Si el pulso previo era negativo ( ) = El receptor reconoce la substitución porque las polaridades iguales consecutivas violan la regla de Bipolar-AMI.

62 2.4 Modulación en Banda Base Substitución HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Este es un esquema utilizado habitualmente en Europa y Japón. Se basa en la codificación AMI al igual que la anterior. En este esquema, se reemplazan las cadenas de cuatro ceros por cadenas que contienen uno o dos pulsos. En este caso, el cuarto cero se sustituye una violación del código. Además, en las violaciones siguientes, se considera una regla adicional para asegurar que las mismas tengan una polaridad alternante, evitando así la introducción de componente en continua.

63 2.4 Modulación en Banda Base Substitución HDB3 (High Density Bipolar 3 Zeros) Es decir, si al ultima violación fue posible La siguiente deberá ser negativa o viceversa. Si el último pulso era +, 0000 = 000+ impar 0000 = -00- par Si el último pulso era 0000 = 000- impar 0000 = +00+ par

64 2.5 Técnicas de modulación digital Al modular se traslada el espectro de la señal de banda básica hacia la frecuencia de centro de la portadora (f o ). La forma del espectro modulado depende de la técnica de modulación empleada. El ejemplo de le Fig. siguiente es AM.

65 2.5 Técnicas de modulación digital Pre-procesamiento de Nyquist Nyquist demostró que si se procesa el pulso antes de colocarlo en el canal se controla el ancho de banda ocupado, la distorsión del pulso es predecible y se puede transmitir a la razón R máxima.

66 2.5 Técnicas de modulación digital Pre-procesamiento de Nyquist Limita el ancho de banda de la señal de manera predecible previo a su entrada al medio de transmisión. Esto aplica tanto a banda base como a modulación. Implantación

67 2.5 Técnicas de modulación digital Filtro de Nyquist

68 2.5 Técnicas de modulación digital En el filtro de Nyquist: r = roll-off factor = πf / f o. f o = 1/T = R, donde T es la duración asignada al pulso. Ancho de banda con filtro de Nyquist

69 Donde: Teoría de las telecomunicaciones 2.5 Técnicas de modulación digital B T = ancho de banda ocupado por la señal R = razón de transmisión de bits (1/seg) M = número de señales diferentes b = número de bits por señal r = factor de roll-off 0 < r < 1

70 Relación entre el pulso a la entrada y a la salida del Fyltro de Nyquist Teoría de las telecomunicaciones 2.5 Técnicas de modulación digital

71 Relación entre el pulso a la entrada y a la salida del Fyltro de Nyquist Teoría de las telecomunicaciones 2.5 Técnicas de modulación digital

72 2.5 Técnicas de modulación digital Note que: Logra limitar el ancho de banda requerido por la señal, elimina el efecto de ISI, pero el filtro no es físicamente realizable, lo mejor que puede hacer es aproximarlo. Olvídese de lograr que r = 0. Se ha mencionado que la modulación involucra a uno o más de los parámetros característicos de la señal portadora: la amplitud, la frecuencia y la fase. Por consiguiente hay 3 técnicas básicas de codificación o de modulación, que transforman los datos digitales en señales analógicas:

73 2.5 Técnicas de modulación digital 1. Desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitudes- Shift Keying) 2. Desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequiency-Shift Keying) 3. Desplazamiento de fase (PSK, Phase-Shift Keying)

74 2.5 Técnicas de modulación digital

75 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de Amplitud (ASK) 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.

76 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de Amplitud (ASK) La forma más simple y común de ASK funciona como un interruptor que apaga/enciende la portadora, de tal forma que la presencia de portadora indica un 1 binario y su ausencia un 0. Este tipo de modulación por desplazamiento onoff es el utilizado para la transmisión de código Morse por radiofrecuencia, siendo conocido el método como operación en onda continua. La señal resultante es:

77 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de Amplitud (ASK) La técnica ASK se usa para la transmisión de datos digitales en fibras ópticas. ASK se usa típicamente a bps como mucho.

78 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de Amplitud (ASK) En la Fig. siguiente observamos que el ancho de banda ocupado es igual al doble de ancho de banda que ocupaban los pulsos antes de modular.

79 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) La Modulación por desplazamiento de frecuencia o FSK, (Frequency Shift Keying) es la más simple de las modulaciones digitales y por lo tanto es de bajo desempeño. Es similar a la modulación de frecuencia (FM), pero más sencillo, dado que la señal moduladora es un tren de pulsos binarios que solo varía entre dos valores de tensión discretos.

80 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) En la modulación digital, a la relación de cambio a la entrada del modulador se le llama bit-rate y tiene como unidad el bit por segundo (bps). A la relación de cambio a la salida del modulador se le llama baud-rate. En esencia el baud-rate es la velocidad de símbolos por segundo. En FSK el bit rate = baud rate. Así por ejemplo un 0 binario se puede representar con una frecuencia f 2, y el 1 binario se representa con una frecuencia distinta f 1. La señal resultante es:

81 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) En la siguiente figura se muestra el uso de FSK en una transmisión full-duplex en una línea de calidad telefónica.

82 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) Las características principales de FSK: la primera que sus valores son representados por diferentes frecuencias (próximas a la portadora), son menos sensible a errores que ASK, se utiliza a velocidades de hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica. También se usa frecuentemente en transmisión de radio a mas altas frecuencias (desde 3-30 MHz). Incluso se puede usar en redes LAN en frecuencias superiores con cable coaxial.

83 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) Otra característica es que consume mucho ancho de banda B T FSK > B T ASK > B BB. La ventaja de FSK es que ofrece mejor inmunidad a ruido e interferencia (es FM). Tiene poco uso en aplicaciones comunes de comunicación de datos y como el ancho de banda generalmente es escaso, hay que usarlo mejor.

84 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de fase (PSK) La modulación por desplazamiento de fase o PSK (Phase Shift Keying) es una forma de modulación angular consistente en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de fase es continua en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado. La Fase de la portadora se desplaza para representar los datos.

85 2.5 Técnicas de modulación digital Modulación por desplazamiento de fase (PSK) Esta técnica se conoce como PSK Diferencial, ya que el cambio de fase se refiere a la transmisión del bit anterior en lugar de a una referencia absoluta. La señal resultante es: Dado que PSK alterna entre 0º y 180º, la definición puede reducirse a un cambio en amplitud entre +A y A.

86 2.5 Técnicas de modulación digital Ancho de banda de PSK QPSK codifica más de un bit por fase

87 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) La modulación de amplitud en cuadratura, en inglés Quadrature Amplitude Modulation (QAM), es una modulación lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma frecuencia desfasadas 90º. Cada portadora es modulada por una de las dos señales a transmitir. Finalmente las dos modulaciones se suman y la señal resultante es transmitida.

88 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) Este tipo de modulación tiene la ventaja de que ofrece la posibilidad de transmitir dos señales en la misma frecuencia, de forma que favorece el aprovechamiento del ancho de banda disponible. Tiene como inconveniente que es necesario realizar la demodulación con demoduladores síncronos. La modulación de amplitud en cuadratura es utilizada en los sistemas PAL y NTSC de televisión analógica para transmitir las dos señales de crominancia.

89 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) La modulación de amplitud en cuadratura es utilizada en sistemas digitales de telecomunicación, como los modems. Según el número de símbolos existentes combinando las distintas amplitudes posibles de las dos señales que se transmiten, la modulación es denominada 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM, etc.

90 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) Las características principales de QAM es que se pueden enviar dos señales diferentes simultáneamente sobre una misma portadora, se utilizan dos réplicas de la portadora, una de ellas desfasada 90 respecto a la otra (en cuadratura), cada una de las portadoras se modula usando ASK y las dos señales independientes se transmiten por el mismo medio. QUAM varía la amplitud y la fase de la señal: Usa modulador de cuadratura para crear señales de amplitud y fase variables. Es el esquema de mayor uso para transmisiones de alta velocidad.

91 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) Representación fasorial de QUAM 16 señales pero solo 8 fases y dos amplitudes

92 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) El primer parámetro que se debe considerar para comparar las prestaciones de los distintos esquemas de modulación digital a análogo es el ancho de banda de la señal modulada. Este dependerá de diversos factores, entre otros de la propia definición que se haga de ancho de banda así como de la técnica de filtrado que se use para obtener la señal pasabanda. Ancho de banda B T

93 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) ASK y PSK directamente relacionado con la velocidad de transmisión R. FSK depende tanto del salto de frecuencia de las frecuencias con la portadora como de la velocidad binaria R. r es un factor relacionado con la técnica de filtrado y su valor está comprendido entre 0 y 1. es f2-fc o bien fc-f1

94 2.5.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM) En señalización multinível se consigue un importante aprovechamiento del espectro donde b es el numero de bits codificados en cada elemento de señalización y L es el numero de elementos de señalización diferentes.