UNIDAD 3: PROCESOS DE MODULACIÓN Y CODIFICACIÓN
3.1 Técnicas de modulación analógica
La modulación analógica es la piedra angular de las comunicaciones por radio. El objetivo principal es trasladar el espectro de una señal de información (banda base) a una banda de paso de frecuencia mucho más alta para facilitar su propagación a través del espacio libre mediante antenas de tamaño razonable.
- 3.1.1 AM (Amplitud Modulada): En este proceso, la envolvente de la portadora de alta frecuencia sigue la forma de onda de la señal de mensaje. Aunque es sencillo de implementar, sufre de baja eficiencia energética ya que la mayor parte de la potencia se concentra en la portadora y no en las bandas laterales. 25. Análisis Espectral de AM.
- 3.1.1 FM (Frecuencia Modulada): Aquí, la frecuencia instantánea de la portadora varía linealmente con la señal de mensaje. La FM ofrece una relación señal-ruido (SNR) muy superior a la AM debido a que el ruido electromagnético afecta principalmente a la amplitud, la cual es ignorada por los receptores de FM. 26. Índice de Modulación y Regla de Carson.
3.2 Técnicas de modulación digital
A diferencia de la analógica, la modulación digital traduce bits de datos en estados discretos de la onda portadora. Esto permite el uso de algoritmos de corrección de errores y una mayor inmunidad a las interferencias.
- 3.2.1 ASK, FSK y PSK: Son las formas más puras de modulación digital. ASK varía la amplitud para '0' y '1'; FSK cambia entre dos frecuencias distintas; y PSK cambia la fase de la onda. Esta última es la más eficiente espectralmente. 27. Aplicaciones de PSK en Microondas.
- 3.2.1 QAM (Quadrature Amplitude Modulation): Es la modulación más utilizada en redes de alta velocidad (VDSL, Wi-Fi 6, 5G). Utiliza dos portadoras en cuadratura (desfasadas 90°) para representar múltiples bits por cada símbolo. Un esquema 64-QAM permite transmitir 6 bits por símbolo, aumentando exponencialmente el rendimiento del canal. 28. Diagramas de Constelación y Jitter.
3.3 Conversión analógico – digital (ADC)
La digitalización es el proceso de transformar ondas continuas en una secuencia de números binarios. Este proceso es destructivo si no se siguen las leyes físicas de la información.
Pasos del proceso PCM (Pulse Code Modulation):
- 3.3.1 Muestreo: Toma de muestras instantáneas de la señal a intervalos regulares. Según el Teorema de Nyquist, para recuperar la señal original, la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal original ($f_s \ge 2f_{max}$). 29. Límites de Shannon.
- 3.3.1 Cuantización: Asignación de un nivel de voltaje discreto a cada muestra. Aquí se genera el "Ruido de Cuantización". 30. Análisis de SNR y Bits de Resolución.
- 3.3.1 Codificación: Traducción de los niveles cuantizados a código binario para su procesamiento digital.
3.4 Códigos de línea
Una vez que la información es digital, debe ser enviada por un cable (banda base). Los códigos de línea determinan cómo se mueven los voltajes para representar esos bits de forma que el receptor mantenga la sincronía.
- 3.4.1 RZ y NRZ (Return to Zero / Non-Return to Zero): Los formatos más simples. NRZ-L asigna voltajes fijos a cada nivel lógico, pero tiene problemas con largas cadenas de ceros. 31. Comparativa NRZ-L vs NRZ-I.
- 3.4.1 AMI y Pseudoternaria: Utilizan tres niveles de voltaje (+, 0, -). Ayudan a eliminar la componente de corriente continua (DC), protegiendo los transformadores de línea. 32. Teoría de Codificación Bipolar.
- 3.4.1 Manchester y Manchester diferencial: Aseguran una transición de voltaje a la mitad de cada bit, lo que permite al receptor "extraer" el reloj de la propia señal. Es la base de Ethernet. 33. Sincronismo en Ethernet.
- 3.4.1 B8ZS y HDB3: Técnicas avanzadas de sustitución que insertan violaciones de código intencionales para garantizar que el receptor nunca pierda el sincronismo, incluso si se envían muchos ceros seguidos. 34. Algoritmos de Scrambling en T1/E1.
3.5 Modem, estándares y protocolos
El Módem actúa como el hardware final que implementa todas las técnicas anteriores. Los estándares internacionales aseguran que módems de diferentes fabricantes puedan hablar entre sí.