Modulación y Demodulación

Como a menudo no es práctico propagar señales de información a través de cables metálicos o de fibra óptica, o a través de la atmósfera terrestre, con frecuencia es necesario modular la in- formación de la fuente, con una señal analógica de mayor frecuencia, llamada portadora. 

En esencia, la señal portadora transporta la información a través del sistema. La señal de información modula a la portadora, cambiando su amplitud, su frecuencia o su fase. Modulación no es más que el proceso de cambiar una o más propiedades de la portadora, en proporción con la señal de información. Los dos tipos básicos de comunicaciones electrónicas son analógico y digital. Un sistema analógico de comunicaciones es aquel en el cual la energía se transmite y se recibe en forma analógica: una señal de variación continua, como por ejemplo una onda senoidal. 

En los sistemas analógicos de comunicaciones, tanto la información como la portadora son señales analógicas. Sin embargo, el término comunicaciones digitales abarca una amplia variedad de técnicas de comunicación, que incluyen transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es un sistema digital verdadero, donde los pulsos digitales (con valores discretos, como +5V y tierra) se transfieren entre dos o más puntos en un sistema de comunicaciones. Con la transmisión digital no hay portadora analógica, y la fuente original de información puede tener forma digital o analógica. 

Si está en forma analógica se debe convertir a pulsos digitales antes de transmitirla, y se debe reconvertir a la forma analógica en el extremo de recepción. Los sistemas de transmisión digital requieren una instalación física entre el transmisor y el receptor, como por ejemplo un conductor metálico o un cable de fibra óptica.

La radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas digitalmente, entre dos o más puntos en un sistema de comunicaciones. En la radio digital, la señal moduladora y la señal demodulada son pulsos digitales. Estos pulsos se pueden originar en un sistema digital de transmisión, en una fuente digital, como por ejemplo una computadora, o pueden ser una señal analógica codificada en binario. En los sistemas digitales de radio, el medio de transmisión puede ser una instalación física o el espacio libre (es decir, la atmósfera terrestre). Los sistemas analógicos de comunicaciones fueron los primeros en ser desarrollados; sin embargo, en tiempos recientes, se han popularizado más los sistemas digitales de comunicaciones.

La ecuación 1-1 es la descripción general de una onda senoidal de voltaje, variable en el tiempo, como puede ser una señal portadora de alta frecuencia. Si la señal de información es analógica, y la amplitud (V) de la portadora es proporcional a ella, se produce la modulación de amplitud (AM, por amplitude modulation). Si se varía la frecuencia (f ) en forma proporcional a la señal de información, se produce la modulación de frecuencia (FM, de frequency modulation); por último, si se varía la fase (f) en proporción con la señal de información, se produce la modulación de fase (PM, de phase modulation).

Si la señal de información es digital, y la amplitud (V) de la portadora se varía proporcionalmente a la señal de información, se produce una señal modulada digitalmente, llamada modulación por conmutación de amplitud (ASK, de amplitude shift keying). Si la frecuencia (f ) varía en forma proporcional a la señal de información se produce la modulación por conmutación de frecuencia (FSK, de frequency shift keying), y si la fase (f) varía de manera proporcional a la señal de información, se produce la modulación por conmutación de fase (PSK, de phase shiftkeying). Si se varían al mismo tiempo la amplitud y la fase en proporción con la señal de información, resulta la modulación de amplitud en cuadratura (QAM, de quadrature amplitude modulation). 

La modulación se hace en un transmisor mediante un circuito llamado modulador. Una portadora sobre la que ha actuado una señal de información se llama onda modulada o señal modulada. La demodulación es el proceso inverso a la modulación, y reconvierte a la portadora modulada en la información original (es decir, quita la información de la portadora). La demodulación se hace en un receptor, con un circuito llamado demodulador.

Hay dos razones por las que la modulación es necesaria en las comunicaciones electrónicas: 1) Es en extremo difícil irradiar señales de baja frecuencia en forma de energía electromagnética, con una antena, y 2) ocasionalmente, las señales de la información ocupan la misma banda de frecuencias y si se transmiten al mismo tiempo las señales de dos o más fuentes, interferirán entre sí. Por ejemplo, todas las estaciones comerciales de FM emiten señales de voz y música que ocupan la banda de audiofrecuencias, desde unos 300 Hz hasta 15 kHz. Para evitar su interferencia mutua, cada estación convierte a su información a una banda o canal de frecuencia distinto. Se suele usar el término canal para indicar determinada banda de frecuencias asignada a determinado servicio. Un canal normal de banda de voz ocupa más o menos 3 kHz de ancho de banda, y se usa para transmitir señales como las de voz; los canales comerciales de emisión en AM ocupan una banda de frecuencias de 10 kHz, y en los canales de radio de microondas y vía satélite se requiere un ancho de banda de 30 MHz o más.