Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una

onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor

aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma

simultánea además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Según la

American National Standard for Telecommunications, la modulación es el proceso, o el resultado

del proceso, de variar una característica de una onda portadora de acuerdo con una señal que

transporta información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en las ondas

portadoras.

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.

Frecuencia portadora

Una señal portadora es una onda eléctrica modificada en alguno de sus parámetros por la señal de

información (sonido, imagen o datos) y que se transporta por el canal de comunicaciones.

El uso de una onda portadora también soluciona muchos otros problemas de circuito, antena,

propagación y ruido. Por ello, una antena práctica debe tener un tamaño aproximado al de la

longitud de onda de la onda electromagnética de la señal que se va a transmitir. Si las ondas de

sonido se difundieran directamente en forma de señales electromagnéticas , la antena tendría que

tener más de un kilómetro de altura. Usando frecuencias mucho más altas para la portadora, el

tamaño de la antena se reduce significativamente porque las frecuencias más altas tienen

longitudes de ondas más cortas.1

Una emisora de radio AM normalmente tiene una serie de letras asociadas: por ejemplo, KPBS. Sin

embargo, una forma más práctica de referirse a una emisora de radio es por su frecuencia

portadora, como 101.1 MHZ, que es la frecuencia con la que se debe sintonizar la radio. En el caso

de las FM, la frecuencia portadora es de 87 a 108 MHZ. El uso de frecuencias portadoras en las FM

ha añadido complejidad en cuanto que la frecuencia portadora cambia con el salto de frecuencia o

la secuencia de chipping directa para que la señal sea más inmune a la interferencia y el ruido. El

chipping es el proceso consistente en convertir cada bit de datos en una cadena de chips

expandida denominada secuencia de chipping. Es el mecanismo que permite a los dispositivos

inalámbricos leer datos cuando se pierden porciones de señal.1

El proceso de recuperar la información de las ondas portadoras se denomina desmodulación. En

esencia, es invertir los pasos utilizados para modular los datos. En general, a medida que los

esquemas de transmisión o modulación(compresión) se hacen más complejos y la velocidad de

transmisión de datos aumenta, la inmunidad al ruido se reduce y la cobertura disminuye.

Técnicas de modulación básicas

Uno de los objetivos de las comunicaciones es utilizar una frecuencia portadora como frecuencia

básica de una comunicación, pero modificándola siguiendo un proceso denominado modulación

para codificar la información en la onda portadora.1

Las formas básicas de Modulación Analógica son:

Amplitud

Modulación en Amplitud - Doble banda lateral con portadora - AM

Doble banda lateral sin portadora - DBL-SP

Banda lateral única - BLU

Angular

Modulación en Frecuencia - FM

Modulación en Fase - PM

Modulación Analógica[editar]

Las tres técnicas de modulación básica son:

Modulación de la amplitud (AM o amplitud modulada).

Modulación de la frecuencia (FM o frecuencia modulada).

Modulación de la fase (PM o fase modulada).

La mayoría de los sistemas de comunicación utilizan alguna de estas tres técnicas de modulación

básicas, o una combinación de ellas.

Modulación Digital[editar]

Los siguientes son algunos de casos extremos de estas técnicas:1

Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK, Amplitude Shift Keying)

Desactiva la amplitud durante toda la trayectoria

Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK,Frecuency Shift Keying)

Salta a una frecuencia extrema.

Modulación por desplazamiento de fase (PSK, Phase Shift Keying)

Desplaza la fase 180 grados.

– Señales portadoras: es una forma de onda, que es modulada por una señal que se quiere

transmitir.

Esta onda portadora es de una frecuencia mucho más alta que la de la señal moduladora.

Al modular una señal desplazamos su contenido en frecuencia, ocupando un cierto ancho de

banda alrededor de la frecuencia de la onda portadora, permitiéndonos multiplexar en frecuencia

varias señales simplemente utilizando diferentes ondas portadoras y conseguir así un uso más

eficiente.

Otra ventaja es la mayor facilidad en la transmisión de la información. Resulta más barato

transmitir una señal de frecuencia alta (como es la modulada) y el alcance es mayor.

En comunicaciones de radio, la longitud de onda (λ), expresada en metros, de la señal se

relaciona con la frecuencia (f), en MHz de acuerdo con la expresión:

Así, por ejemplo, para transmitir una señal de 30 MHz necesitaríamos una antena de varios

kilómetros.

Las ondas portadoras son usadas cuando se transmiten señales de radio a un radiorreceptor.

Tanto las señales de modulación de amplitud (AM) como las de frecuencia modulada (FM) son

transmitidas con la ayuda de frecuencias portadoras.

– Señal moduladora: es la señal que contiene la información a transmitir.

La modulacion es la adición de informacion a una señal electrónica u óptica de transmisión

principal pudiendo ser aplicada desde una corriente directa como onda principal (apagándola y

encendiéndola), a una corriente alterna y a señales ópticas como las usadas en fibra óptica.

– Las señales moduladas que se pueden obtener son:

– Modulación de amplitud: consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma

que ésta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la

información que se va a transmitir.

La AM es usada en la radiofonía, en las ondas medias y en las ondas cortas. Permite llegar a

más lugares, pero con una calidad de sonido menor.

– Modulación de frecuencia: es una modulación angular que transmite información a través

de una onda portadora variando su frecuencia.

La FM permite llegar a menos sitios, pero con menor nitidez de sonido.

– Modulación de fase (PM): Es el caso de modulación donde tanto las señales de transmisión

como las señales de datos son analógicas. Es un tipo de modulación exponencial al igual que la

modulación de frecuencia. Se caracteriza porque la fase de la onda portadora varía directamente

de acuerdo con la señal modulada.

QUE ES UN OPAMP

Los amplificadores operacionales, también llamados Op Amp por sus siglas en inglés, son

dispositivos electrónicos capaces de realizar una gran cantidad de funciones dentro de un circuito

electrónico , dependiendo de la como se coloque dentro del mismo.

El amplificador operacional posee 5 patas, las cuales poseen distintas funciones:

Terminal Descripción

– input Entrada Inversora

+ input Entrada no inversora

Output Salida

+Vss Alimentación Positiva

-Vss Alimentación Negativa

En los amplificadores operacionales se cumplen algunas condiciones:

La impedancia entre las entradas inversora y no inversora es infinita, por lo que no hay corriente

de entrada.

La diferencia de potencial entre las terminales inversora y no inversora es, o debe ser nula.

No hay corriente entrando o saliendo de las patas inversora y no inversora.

Con dichas condiciones basta para conocer el funcionamiento de los amplificadores operacionales.

El símbolo del amplificador operacional es el de un triángulo en cuya base de colocan las patas

inversora y no inversora. En el vértice superior se coloca la salida.

En los lados del triángulo se colocan las entradas del voltaje que se necesita para hacer efectiva la

amplificación.

Como su nombre lo indica, el amplificador operacional es un dispositivo que puede aumentar

cualquier tipo de señal, sea de voltaje o de corriente, de corriente alterna o de corriente directa.

El amplificador operacional es un dispositivo lineal de propósito general el cual tiene capacidad de

manejo de señal desde f=0 Hz hasta una frecuencia definida por el fabricante; tiene además

límites de señal que van desde el orden de los nV, hasta unas docenas de voltio (especificacion

también definida por el fabricante). Los amplificadores operacionales se caracterizan por su

entrada diferencial y una ganancia muy alta, generalmente mayor que 105 equivalentes a 100dB.

El A.O es un amplificador de alta ganancia directamente acoplado, que en general se alimenta con

fuentes positivas y negativas, lo cual permite que tenga excursiones tanto por arriba como por

debajo de tierra (o el punto de referencia que se considere).

El nombre de Amplificador Operacional proviene de una de las utilidades básicas de este, como lo

son realizar operaciones matemáticas en computadores analógicos (características operativas).

El Amplificador Operacional ideal se caracteriza por:

1. Resistencia de entrada,(Ren), tiende a infinito.

2. Resistencia de salida, (Ro), tiende a cero.

3. Ganancia de tensión de lazo abierto, (A), tiende a infinito

4. Ancho de banda (BW) tiende a infinito.

5. vo = 0 cuando v+ = v-

Ya que la resistencia de entrada, Ren, es infinita, la corriente en cada entrada, inversora y no

inversora, es cero. Además el hecho de que la ganancia de lazo abierto sea infinita hace que la

tensión entre las dos terminales sea cero, como se muestra a continuación:

CIRCUITO TANQUE

Un circuito tanque es un circuito electrónico utilizado en muchas aplicaciones, incluyendo

osciladores, aparatos de radio y televisión. En su forma más básica, el circuito se compone de sólo

dos componentes electrónicos, a saber, un condensador y un inductor (una bobina). En la

aplicación real, a diferencia de un diseño teórico, otros componentes entran en juego que afectan

al funcionamiento del circuito. Estos incluyen una carga resistiva y una fuente de corriente alterna.

Cuando se da a la señal la estructura adecuada para llegar hasta el receptor, se necesita un

elemento que realice las funciones de interfaz entre el sistema emisor o receptor y el medio por el

que se propagan las ondas. Esto será la antena, que se considera como un transductor de energía

eléctrica en electromagnética, o viceversa.

El principio de una antena se basa en la asociación en paralelo de un condensador y una bobina,

conocido como circuito resonante o circuito tanque.

En esta asociación, la energía aplicada se almacena en el condensador que crea un campo

eléctrico entre sus armaduras. Después, el condensador se descargará a través de la bobina,

creando un campo magnético. Estos dos campos serán portadores de la señal.

CIRCUITO TANQUE

El campo eléctrico está encerrado entre las armaduras del condensador, y en el campo

magnético se encuentra concentrado en las proximidades del eje de la bobina.

Una antena es como un circuito tanque al que se le han separado las armaduras del condensador y

se ha estirado el hilo de la bobina. El resultado será un hilo recto en cuyos extremos se sitúan las

placas del condensador. Cuando se le aplica una señal eléctrica, la corriente atraviesa este cable

provocando un campo magnético, que será coaxial respecto al eje del conductor, mientras que las

líneas de campo eléctrico unen sus extremos. Estos dos campos se propagan de forma

perpendicular entre sí.

Las direcciones de propagación serán aquellas en las que existen los campos, es decir, la máxima

propagación se produce en la dirección perpendicular a la antena, decreciendo a medida que nos

alejamos de ella, hasta llegar a un nulo en la dirección del eje de la antena.

La cantidad de energía transferida dependerá de la frecuencia, a la cual se producirá la máxima

radiación. Esta frecuencia de resonancia dependerá directamente de la longitud de la antena.

No existen diferencias importantes entre una antena emisora y una receptora, ya que el principio

de transformación es reversible. Las diferencias reales se deben a que para emitir señales, la

antena deberá estar construida con materiales de suficiente grosor para poder disipar la potencia

que se le aplique.

Frecuencia modulada

Una señal moduladora (la primera) puede transmitirse modulando una onda portadora en AM (la

segunda) o FM (la tercera), entre otras.

La modulación de frecuencia,1 2 o frecuencia modulada (FM),3 es una técnica de modulación que

permite transmitir información a través de una onda portadora variando su frecuencia. En

aplicaciones analógicas, la frecuencia instantánea de la señal modulada es proporcional al valor

instantáneo de la señal moduladora. Datos digitales pueden ser enviados por el desplazamiento de

la onda de frecuencia entre un conjunto de valores discretos, una modulación conocida como

modulación por desplazamiento de frecuencia.

La modulación de frecuencia es usada comúnmente en las radiofrecuencias de muy alta frecuencia

por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla. El sonido de la televisión analógica

también es difundido por medio de FM. Un formulario de banda estrecha se utiliza para

comunicaciones de voz en la radio comercial y en las configuraciones de aficionados. El tipo usado

en la radiodifusión FM es generalmente llamado amplia-FM o W-FM (de la siglas en inglés "Wide-

FM"). En la radio de dos vías, la banda estrecha o N-FM (de la siglas en inglés "Narrow-FM") es

utilizada para ahorrar ancho de banda. Además, se utiliza para enviar señales al espacio.

La modulación de frecuencia también se utiliza en las frecuencias intermedias de la mayoría de los

sistemas de vídeo analógico, incluyendo VHS, para registrar la luminancia (blanco y negro) de la

señal de video. La modulación de frecuencia es el único método factible para la grabación de video

y para recuperar de la cinta magnética sin la distorsión extrema, como las señales de vídeo con

una gran variedad de componentes de frecuencia - de unos pocos hercios a varios megahercios,

siendo también demasiado amplia para trabajar con equalisers con la deuda al ruido electrónico

debajo de -60 dB. La FM también mantiene la cinta en el nivel de saturación, y, por tanto, actúa

como una forma de reducción de ruido del audio, y un simple corrector puede enmascarar

variaciones en la salida de la reproducción, y que la captura del efecto de FM elimina a través de

impresión y pre-eco. Un piloto de tono continuo, si se añade a la señal - que se hizo en V2000 o

video 2000 y muchos formatos de alta banda - puede mantener el temblor mecánico bajo control

y ayudar al tiempo de corrección.

Dentro de los avances más importantes que se presentan en las comunicaciones, la mejora de un

sistema de transmisión y recepción en características como la relación señal – ruido, sin duda es

uno de los más importantes, pues permite una mayor seguridad en las mismas. Es así como el

paso de modulación de amplitud (AM), a la modulación de frecuencia (FM), establece un

importante avance no solo en el mejoramiento que presenta la relación señal ruido, sino también

en la mayor resistencia al efecto del desvanecimiento y a la interferencia, tan comunes en AM.

La modulación de frecuencia también se utiliza en las frecuencias de audio para sintetizar sonido.

Está técnica, conocida como síntesis FM, fue popularizada a principios de los sintetizadores

digitales y se convirtió en una característica estándar para varias generaciones de tarjetas de

sonido de computadoras personales.

Aplicaciones en radio

Dentro de las aplicaciones de FM se encuentra la radio, en donde los receptores emplean un

detector de FM y el sintonizador es capaz de recibir la señal más fuerte de las que transmiten en la

misma frecuencia. Otra de las características que presenta FM, es la de poder transmitir señales

estereofónicas, y entre otras de sus aplicaciones se encuentran la televisión, como sub-portadora

de sonido; en micrófonos inalámbricos; y como ayuda en navegación aérea..

Edwin Armstrong presentó su estudio Un Método de reducción de Molestias en la Radio Mediante

un Sistema de Modulación por Frecuencia, que describió por primera vez a la FM, antes que la

sección neoyorquina del Instituto de Ingenieros de Radio el 6 de noviembre de 1935. El estudio fue

publicado en 1935 4

La FM de onda larga (W-FM) requiere un mayor ancho de banda que la modulación de amplitud

para una señal moduladora equivalente, pero a su vez hace a la señal más resistente al ruido y la

interferencia. La modulación de frecuencia es también más resistente al fenómeno del

desvanecimiento, muy común en la AM. Por estas razones, la FM fue escogida como el estándar

para la transmisión de radio de alta fidelidad, resultando en el término "Radio FM" (aunque por

muchos años la BBC la llamó "Radio VHF", ya que la radiodifusión en FM usa una parte importante

de la banda VHF).

Los receptores de radio FM emplean un detector para señales FM y exhiben un fenómeno llamado

efecto de captura, donde el sintonizador es capaz de recibir la señal más fuerte de las que

transmitan en la misma frecuencia. Sin embargo, la desviación por frecuencia o falta de

selectividad puede causar que una estación o señal sea repentinamente tomada por otra en un

canal adyacente. La desviación por frecuencia generalmente constituyó un problema en

receptores viejos o baratos, mientras que la selectividad inadecuada puede afectar a cualquier

aparato.

Una señal FM también puede ser usada para transportar una señal estereofónica (vea FM

estéreo). No obstante, esto se hace mediante el uso de multiplexación y demultiplexación antes y

después del proceso de la FM. Se compone una señal moduladora (en banda base) con la suma de

los dos canales (izquierdo y derecho), y se añade un tono piloto a 19 kHz. Se modula a

continuación una señal diferencia de ambos canales a 38 kHz en doble banda lateral, y se le añade

a la moduladora anterior. De este modo se consigue compatibilidad con receptores antiguos que

no sean estereofónicos, y además la implementación del demodulador es muy sencilla.

Una amplificación de conmutación de frecuencias radiales de alta eficiencia puede ser usada para

transmitir señales FM (y otras señales de amplitud constante). Para una fuerza de señal dada

(medida en la antena del receptor), los amplificadores de conmutación utilizan menos potencia y

cuestan menos que un amplificador lineal. Esto le da a la FM otra ventaja sobre otros esquemas de

modulación que requieren amplificadores lineales, como la AM y la QAM.

Modulador de FM

La modulación de una portadora sobre FM, aunque se puede realizar de varias formas, resulta un

problema delicado debido a que se necesitan dos características contrapuestas: estabilidad de

frecuencia y que la señal moduladora varíe la frecuencia. Por ello, la solución simple de aplicar la

señal moduladora a un oscilador controlado por tensión (VCO) no es satisfactoria.

Modulación del oscilador. En oscilador estable, controlado con un cristal piezoeléctrico, se añade

un condensador variable con la señal moduladora (varactor). Eso varía ligeramente la frecuencia

del oscilador en función de la señal moduladora. Como la excursión de frecuencia que se consigue

no suele ser suficiente, se lleva la señal de salida del oscilador a multiplicadores de frecuencia para

alcanzar la frecuencia de radiodifusión elegida.

Moduladores de fase. Un modulador de FM se puede modelar exactamente como un modulador

de PM con un integrador a la entrada de la señal moduladora.

Modulador con PLL. Vuelve a ser el VCO, pero ahora su salida se compara con una frecuencia de

referencia para obtener una señal de error, de modo que se tiene una realimentación negativa

que minimiza dicho error. La señal de error se filtra para que sea insensible a las variaciones

dentro del ancho de banda de la señal moduladora, puesto que estas variaciones son las que

modulan la salida del VCO. Este método se ha impuesto con la llegada de los PLL integrados ya que

ha pasado de ser el más complejo y costoso a ser muy económico. Presenta otras ventajas, como

es poder cambiar de frecuencia para pasar de un canal a otro y mantiene coherentes todas las

frecuencias del sistema...

Demodulador de FM[editar]

También es más complejo que el de AM. Se utilizan sobre todo dos métodos:

Discriminador reactivo. Se basa en llevar la señal de FM a una reactancia, normalmente bobinas

acopladas, de forma que su impedancia varíe con la frecuencia. La señal de salida aparece,

entonces, modulada en amplitud y se detecta con un detector de envolvente. Existían válvulas

específicas para esta tarea, consistentes en un doble-diodo-triodo. Los dos diodos forman el

detector de envolvente y el triodo amplifica la señal, mejorando la relación señal/ruido.

Detector con PLL. La señal del PLL proporciona la señal demodulada. Existen muchas variaciones

según la aplicación, pero estos detectores suelen estar en circuitos integrados que, además,

contienen los amplificadores de RF y frecuencia intermedia. Algunos son una radio de FM

completa (TDA7000).