LA MODULACIÓN

La modulación es un proceso que consiste en combinar una señal que representa los datos (moduladora) con otra (portadora). La señal obtenida (señal modulada) es susceptible de ser transmitida por un medio por el que, en un principio, no se podría hacer. En definitiva, la modulación permite la adaptación de una señal a un medio de transmisión, siendo una tecnología muy frecuente en telecomunicaciones, se aplica en radio, en televisión y en informática.

La técnica de modulación permite hacer viajar algunas informaciones por sitios por donde no viajarían en condiciones normales. Por ejemplo, si queremos ir en coche de París a Londres, viajamos por las carreteras y, de pronto, al llegar al Canal de la Mancha el coche no puede pasar. ¿Qué hacemos? Subir el coche a un ferry y entonces el ferry lo lleva. Pues eso es lo que hacemos en la modulación: algo que no puede viajar, lo subimos a un portador, y ya puede viajar.

El objeto de la transmisión se denomina señal moduladora y a lo que le permite viajar es la señal portadora. Por ejemplo, si deseamos enviar música muy lejos, caso de la radio, no nos sirve con un enorme altavoz, los que estuvieran cerca se quedarían sordos pero el sonido no llegaría más que unos centenares de metros. Sin embargo, las ondas de radio se pueden transmitir muy lejos pero el oído humano no las puede oír, no están en nuestro rango de frecuencias. La modulación combina esta música que deseamos emitir con las ondas de radio que la transportarán.

Las técnicas de modulación, en el mundo analógico y digital, son:

• Modulación de Amplitud • Modulación de Frecuencia • Modulación de Fase

Podemos caracterizar una onda, en un instante dado, por su frecuencia (hercios), amplitud (voltios) y fase (grados respecto a un origen de tiempos); por tanto, estos parámetros son los únicos que podemos variar para que incorporen la información que debe transmitir la onda portadora.

La portadora es una onda sinusoidal caracterizada por su amplitud (A), frecuencia (f) y fase (∅), según la siguiente relación:

F (t) = A cos (2 f.t +∅ )

3.9.1. Modulación de Amplitud (AM)

a) Modulación de Amplitud b) Modulación de Frecuencia

Técnicas de Modulación AM y FM Señal (audio) Frecuencia portadora Señal AM Señal (audio) Frecuencia portadora Señal FM

Figura 3.15 a y b. Modulación de amplitud AM y de frecuencia FM.

En la parte de derecha y arriba de la figura 3.15 tenemos las ondas de radio (señal portadora) y en la parte de abajo la música (señal moduladora). Por medio de la modulación se transforma la amplitud a las ondas de radio para que ésta vaya al ritmo de la música, al ritmo de lo que quiero enviar. Una vez en destino hemos de extraer la música de la señal modulada, lo cual es muy sencillo mediante un diodo (un componente electrónico semiconductor) que incorpora cualquier aparato de radio.

3.9.2. Modulación de frecuencia (FM)

Con la tecnología de amplitud modulada se cambia la amplitud de la señal portadora al ritmo de lo que se quiere oír, se emite por el aire y con un simple circuito se consigue recuperar la señal. Hay otro sistema de enviarlo, que además resulta tecnológicamente más perfecto, que envía la señal mediante variaciones en la frecuencia, tal como se representa en la figura 3.15 b.

Este método aumenta o disminuye la potencia según la fuerza del sonido a transportar, si el sonido es fuerte, frecuencia más alta, y viceversa. El circuito que recupera el sonido original de esa frecuencia variable, también muy sencillo, recibe el nombre de discriminador. De manera que cuando escuchamos una emisora de frecuencia modulada, lo que recibimos no es 92,7 MHz, estamos recibiendo una frecuencia que está variando. El estándar es que puede variar 75 kHz hacia abajo y 75 kHz hacia arriba. Es decir, estaremos oyendo algo que está entre 92,775 MHz y 92,625 MHz, esto es, el margen de frecuencias que transmite la emisora.

Con métodos digitales el proceso es similar al visto para el mundo analógico, pero con ciertas particularidades ya que transmitimos en código binario.

3.9.3. Modulación de Amplitud (ASK)

Vamos a imaginar que estamos en nuestra casa con nuestro ordenador y queremos conectarnos con el banco para saber cómo está nuestra cuenta corriente. En la mayoría de los casos no tendremos una línea digital, sino que será una línea telefónica analógica desde la que podemos llamar a la central de datos del banco. La línea telefónica transmite sonidos, entre 300 y 3.400 Hz, sin embargo, los ordenadores operan en código binario.

Puesto que la línea sólo puede emitir sonidos, se intercala entre el ordenador y la línea algo que transforme a ondas de sonido el lenguaje binario. Por ejemplo, que cuando tengamos que enviar un 0 emita un sonido suave y cuando tengamos que mandar un uno envíe un sonido más fuerte. Es decir, ponemos un modulador, la técnica es la misma, pero variando la amplitud.

Esta modulación que podría recibir el nombre de modulación en amplitud, para definir su naturaleza digital se denomina ASK (Amplitude-Shift Keying) por similitud a lo que se hacía con el manipulador del código Morse (Morse Key) en telegrafía.

A cada valor de la señal de datos se le hace corresponder diferentes valores de amplitud de la señal portadora. Esta modulación, por sí sola, no se suele emplear en la comunicación de datos debido a que es muy sensible al ruido eléctrico y los errores resultantes originarían un rendimiento muy bajo en la transmisión de información.

3.9.4. Modulación de Frecuencia (FSK)

Modulación de frecuencia (FSK)

Frec. alta Frec. baja

Figura 3.16. Modulación de frecuencia (FSK): Los ceros (0) y los unos (1) se transforman en cambios de frecuencia.

3.9.5. Modulación de Fase (PSK)

La tercera de las técnicas que se utiliza es cambiar la fase, el punto donde comienza la onda. Si la onda empieza hacia arriba, es el 0, fase 0; si la onda empieza hacia abajo, fase 180, fase uno. Y cambiando la fase, puedo también enviar ceros y unos.

A cada valor de la señal de datos se le hace corresponder diferentes valores de la fase de la señal portadora. Normalmente, se compara la fase del ciclo en un periodo con la fase del ciclo en el periodo siguiente, con lo que se obtiene una modulación con desplazamiento de fase diferencial (DPSK).

Independientemente de la técnica utilizada, la base es siempre la misma, situar en los extremos un modulador que cambie la amplitud, la frecuencia o la fase, y un aparato que invierta la operación a la llegada de la señal. De tal modo, la combinación para comunicarnos mediante nuestro ordenador a través de la línea telefónica es un conjunto de MODulador-DEModulador comúnmente conocido como MÓDEM, un equipo para la transmisión de datos que, en el sentido de transmisión convierte las señales digitales en analógicas capaces de ser transportadas por la red y, en el sentido de recepción, realiza el proceso inverso para recuperar los datos transmitidos.

Moduladora Parámetro variado

Nombre Uso

Amplitud AM Radio AM, TV vídeo

Frecuencia FM Radio FM, TV audio

Analógica Fase PM Amplitud ASK Frecuencia FSK Digital Fase PSK Transmisiones digitales por RTC (módems)

Figura 3.17. Técnicas de modulación, según el parámetro que se varía.

Los módems actuales combinan la modulación en amplitud, fase y frecuencia. Lo más frecuente de encontrar son combinaciones de modulación en amplitud y modulaciones de fase, resultando que cada vez que se emite un sonido son enviados varios bits. De esta manera se multiplica la velocidad del módem.

El módem detecta el mensaje, agrupa los bits y transmite el tipo de sonidos que corresponde a cada combinación, de las cuales hay hasta 64 diferentes, consiguiendo una velocidad de 57.600 bits/s, lo cual se corresponde con el estándar V.90 y el V.92 aparecido en el año 2001.