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1.1 Técnicas de modulación analógica 

Las señales de banda base son producidas por diversas fuentes de información, pero no siempre son las más adecuadas para realizar la transmisión directa a un canal. Dichas señales, en ocasiones son fuertemente modificadas con el objetivo de facilitar su transmisión, y a esto lo conocemos como Modulación. Esto último es el proceso necesario para poder transmitir señales de una forma más eficiente y económica. 

Podemos encontrar las siguientes técnicas de modulación analógica:

• Modulación de Amplitud (AM o amplitud modulada).

• Modulación de la frecuencia (FM o frecuencia modulada).

• Modulación de la fase (PM o fase modulada).

1.1.1 Modulación en amplitud (AM).

En este tipo de modulación, la amplitud de la portadora varía según la señal de información, de modo que la información de amplitud y frecuencia de ésta se “montan” sobre la portadora haciendo que su envolvente varíe de acuerdo con la señal moduladora o de información. Los diversos esquemas de modulación de amplitud se designan también como de envolvente variable y comprenden los siguientes:

• AM con portadora completa y dos bandas laterales o AM completa.
• AM con dos bandas laterales y portadora suprimida (AM-DSB-SC).
• AM con dos bandas laterales y vestigio o piloto de portadora.
• Banda lateral única (BLU o SSB) sin portadora.
• Banda lateral única con piloto de portadora.
• AM con vestigio de banda lateral o AM con banda lateral vestigial (AMVSB7).

1.1.2 Modulación en frecuencia FM

La síntesis de FM utiliza un oscilador modulador y un oscilador portador de onda sinusoidal. El oscilador modulador modula la frecuencia de la onda generada por el portador dentro del intervalo de audio, lo que produce nuevos armónicos. Estos armónicos reciben el nombre de bandas laterales.

Si existe una relación matemática entre las ondas moduladora y portadora, el sonido que se produce es armónico. Si el modulador es un múltiplo no entero de la onda portadora, se producen bandas laterales inarmónicas, que se traducen en un sonido inarmónico.

En general, los sintetizadores de FM no incorporan filtro. Puedes generar ciertos sonidos al estilo de un sintetizador sustractivo con la síntesis de FM, pero es difícil recrear el sonido de un filtro de resonancia de sintetizador sustractivo utilizando este método. No obstante, la síntesis de FM resulta extremadamente útil para la creación de sonidos difíciles de conseguir con sintetizadores sustractivos, como el timbre de las campanas, tonos metálicos y las sonoridades finas de los pianos eléctricos.

1.2 Técnicas de modulación digital

La modulación digital es la acción de modificar cualquier parámetro de una onda alterna portadora. Haciendo que codifique la variación de una señal moduladora discreta, que carece de características que la hagan ser transmitida en el espacio. 

Podemos encontrar las siguientes técnicas de modulación digital: 

• Modulación por Variación de Amplitud (ASK).

• Modulación por Variación de Frecuencia (FSK).

• Modulación por Desplazamiento en Fase (PSK).

• Modulación en Amplitud por Cuadratura (QAM).

1.2.1 Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK).

Este tipo de modulación es un caso particular de la modulación en amplitud, frecuencia y fase. Simplemente en estos casos la señal moduladora es una señal digital, con solo dos valores.

En el caso de la modulación ASK, tenemos que la señal es de la forma

si sacamos factor común de A en el lado derecho de la ecuación obtenemos

Es decir, tenemos la misma expresión que en una señal modulada en amplitud pero como sustituyendo el mensaje normalizado por un ”1” o un ”-1” (suponemos que el valor 1 lógico corresponde a una amplitud X y el 0 loligo a una amplitud de -X voltios. Al normalizar, estas amplitudes quedan en 1 y -1). Por tanto, la señal modulada será una senoidal que en cada intervalo de un bit tendrá una amplitud de A [1 + m] o de A [1 + m], según si la señal moduladora es una ”1” o un ”0”.

1.2.2 Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK). 

FSK (Frequency-shift keying), es una modulación de frecuencia donde la señal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos frecuencias diferentes (f1 y f2) próximas a la frecuencia de la señal portadora fp.

Generalmente f₁ y f₂ corresponden a desplazamientos de igual magnitud, pero en sentidos opuestos de la frecuencia de la señal portadora.

El índice de modulación tiene gran incidencia en la señal modulada y determina los dos tipos fundamentales de FSK:

1.  -FSK de banda reducida o banda angosta

2. - FSK de banda ancha

1.2.3 Modulación por desplazamiento de fase (PSK)

Es una forma de modulación angular, la cual consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. Es una modulación de fase en donde la señal moduladora es digital. 

Tipos de Modulación PSK

PSK Convencional: 

La variación de la fase se refiere a la fase de la portadora sin modular. 
Dicho en otras palabras, se tienen en cuenta los desplazamientos de fase. 

PSK Convencional: 

No necesita recuperar la señal portadora para poder hacer la demodulación. Es diferencial, ya que la información no está contenida en la fase absoluta, si no, que se encuentra en las transiciones. 

Con la transmisión por desplazamiento de fase binaria (BPSK), se pueden realizar dos fases de salida para una sola frecuencia de portadora. 

Una fase de salida representa un 1 lógico y la otra fase un 0 lógico. De acuerdo a que la señal digital de entrada cambia de estado la fase de la portadora de salida se desplaza entre dos ángulos que se encuentran a 180° fuera de la base. 

1.2.4 Modulación de amplitud en cuadratura (QAM).

Modulación de amplitud en cuadratura QAM (Quadrature Amplitude Modulation). Consiste en modular por desplazamiento en amplitud ( ASK) de forma independiente, dos señales portadoras que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre sí 90º.
La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras al tener tal desfase, se dice que están en cuadratura. Estas dos ondas generalmente son señales sinusoidales en la cual una onda es la portadora y la otra es la señal de datos.

1.3 Conversión analógico – digital

Conversión analógica-digital consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud de una señal, redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte.

El circuito integrado, conversor analógico:

Conversor analógico digital de 4 niveles por comparación directa de la señal de entrada con cuatro tensiones de referencia obtenidas mediante un divisor resistivo. Digital, es el componente básico para que un ordenador, pueda realizar la medida de la señal eléctrica analógica, que varía de forma continua en el tiempo, suministrada por el elemento Sensor, estos elementos pasan la señal que varía continuamente a una señal que lo hace a saltos (resolución) y sólo cada cierto tiempo (muestreo).

1.3.1 Muestreo, cuantización y codificación. 

Muestreo: Es tomar pequeñas cantidades (muestras) del valor de una señal n veces por segundo, y con esto obtendremos n niveles de tensión por segundo. 

Ejemplo: Para un canal telefónico de voz le es suficiente tomar 8.000 muestras por segundo, lo que en otras palabras es, 125 muestras cada segundo. 

Cuantificación: Es donde se asigna un valor discreto a cada uno de los niveles de tensión obtenidos en el muestreo. debido a que las muestras pueden contener un número infinito de valores en la intensidad de la viz, gama que en un canal telefónico es de aproximadamente 60 db, o una relación de 1000:1.   

Codificación: A cada uno de los niveles de cuantificación se les asigna un código binario que es distinto entre si, con esto ya tenemos la señal codificada y lista para su transmisión. La onda sería indicada como (f), en telefonía la señal analógica vocal con un ancho de banda de 4KHz se convierte en una señal digital de 1024 Kbps  

Referencias bibliográficas:

1)Apple. (s. f.). Síntesis de la modulación de frecuencia (FM). Apple Support. Recuperado 1 de mayo de 2021, de https://support.apple.com/es-mx/guide/logicpro/lgsife418213/mac

2)FSK - DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA. (2005, 4 agosto). Textos cientificos.com. https://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/FSK

3)EcuRed. (s. f.-a). Conversión Analógica Digital - EcuRed. Recuperado 1 de mayo de 2021, de https://www.ecured.cu/Conversi%C3%B3n_Anal%C3%B3gica_Digital

4) Textos cientificos.com. (2005). PSK - DESPLAZAMIENTO DE FASE. 03/05/2021, de Textos cientificos.com Sitio web: https://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/psk#:~:text=PSK%20(Phase%2Dshift%20keying),moduladora%20(datos)%20es%20digital.&text=En%20el%20sistema%20PSK%20convencional,de%20un%20sistema%20PSK%20diferencial

5) Fabio M. (S. f). MUESTREO, CUANTIFICACION Y CODIFICACIÓN . 03/05/2021, de Google Sites Sitio web: https://sites.google.com/site/httpssitessigmalightcomsite/muestreocuantificacion-y-codificacin