La modulación es una de las palabras técnicas más utilizadas en la tecnología de las comunicaciones. Un buen ejemplo de esto es la radio FM, donde FM significa modulación de frecuencia. En este artículo vamos a aprender los conceptos básicos de las técnicas de modulación y ver cómo se aplican en la tecnología moderna de las comunicaciones y celulares.
La frecuencia y la longitud de onda de una onda están inversamente conectadas. Los seres humanos tienen la capacidad de oír frecuencias de sonido de 20 hercios a 20 kilohercios, pero si una torre de radio transmite ondas electromagnéticas con la misma frecuencia, el tamaño de las antenas necesarias sería muy grande.
Ya hemos visto en el video de las antenas que el tamaño de la antena es proporcional a la longitud de onda. Si transmitiéramos las ondas electromagnéticas con la misma frecuencia del sonido, el tamaño de la antena requerida sería del orden de kilómetros. Por eso necesitamos la modulación. Antes de que las ondas electromagnéticas sean transmitidas, deben ser moduladas a una señal de alta frecuencia.
Podemos entender cómo se modulan las señales con una simple analogía: intenta lanzar un trozo de papel, no llegará muy lejos. Ahora, átalo a una piedra y lánzalo de nuevo. El segundo método es obviamente más eficiente que el primero. Así es como hacemos la modulación. En lugar de una piedra, la modulación utiliza una señal de alta frecuencia conocida como señal portadora.
Como sabemos, cualquier señal tiene tres propiedades básicas: amplitud, frecuencia y fase. En el proceso de modulación, una de las propiedades de la señal portadora varía de acuerdo con la señal del mensaje. Por ejemplo, la frecuencia de la señal portadora varía de acuerdo con la amplitud de la señal del mensaje.
Esta técnica se conoce como modulación de frecuencia. Ten en cuenta que la frecuencia de una señal portadora siempre es alta, lo que significa que la señal modulada también es de alta frecuencia y energía. El valor de la señal original puede ser fácilmente recuperado a partir de la frecuencia de la señal modulada.
De la misma manera, también podemos lograr la modulación de amplitud. Aquí, la amplitud de la señal portadora varía en función del valor de la señal del mensaje. Hasta ahora, hemos discutido sobre técnicas de modulación analógica, pero ya están obsoletas. La modulación analógica es susceptible al ruido, lo que degrada la calidad de las señales. Además, en los instrumentos electrónicos de hoy en día, todas las operaciones se realizan en forma digital, donde las señales digitales son o 1 o 0.
Ahora, vamos a discutir las técnicas de modulación digital que se utilizan actualmente. Específicamente, vamos a ver cómo se convierte el flujo de bits digital en una onda electromagnética. La primera técnica digital es la modulación por desplazamiento de amplitud. Aquí, en función de los pulsos digitales, se ajusta la amplitud de la señal portadora.
Una amplitud alta se relaciona con 1 y una amplitud baja se relaciona con 0. La siguiente técnica se llama modulación por desplazamiento de frecuencia. Aquí, en función del valor de los pulsos digitales, se ajusta la frecuencia de la señal portadora. En este caso, una frecuencia alta se relaciona con 1 y una frecuencia baja se relaciona con 0. La tercera técnica es la modulación por desplazamiento de fase. Aquí, se cambia la fase de la señal portadora en 180 grados cuando el pulso digital pasa de 1 a 0 o de 0 a 1.
La tecnología de las telecomunicaciones se trata de aumentar la velocidad y eficiencia de transferencia de datos. Pero si utilizas cualquiera de las técnicas de modulación digital explicadas anteriormente, no obtendrías una alta velocidad de transferencia de datos. Sin embargo, hay una técnica en física que, si la utilizas, puedes enviar hasta 6 bits de información como una sola onda electromagnética. Esta técnica se conoce como modulación de amplitud en cuadratura.
Para entenderla de manera sencilla, tomemos dos señales analógicas diferentes. Lo interesante de la modulación de amplitud en cuadratura es que puedes modular estas dos señales diferentes como una sola señal y luego transmitirla. Luego, en el receptor, podrás separar las señales originales, ahorrando así ancho de banda. En el caso de la modulación digital en cuadratura, se utiliza un enfoque similar.
En lugar de señales analógicas, se suman diferentes combinaciones de bits para producir una señal multiplexada. Por ejemplo, la combinación de 4 bits en una señal multiplexada con diferentes ángulos de fase y amplitud puede representar diferentes valores de fase y amplitud de una señal original. Esto significa que la señal multiplexada puede representar completamente 4 bits de datos. Esta señal multiplexada única se utiliza para la transmisión.
La modulación de amplitud en cuadratura utiliza dos señales portadoras que están desfasadas 90 grados entre sí, de ahí el término cuadratura. Si en lugar de usar modulación en amplitud en cuadratura, se utilizara una técnica de modulación normal para enviar los bits de datos, se necesitarían cuatro señales electromagnéticas. Por lo tanto, la modulación en 16-QAM aumenta la velocidad de transferencia de datos cuatro veces. Incluso se ha logrado la modulación en 64-QAM, que se utiliza en las comunicaciones 4G y aumenta la velocidad de transferencia de datos seis veces en comparación con una técnica de modulación normal.
Las técnicas de modulación no se limitan solo a las comunicaciones celulares y la radio FM, también tienen aplicaciones en la transmisión de televisión, Wi-Fi, fibras ópticas, etc. Esperamos que este artículo te haya dado una comprensión más clara sobre los conceptos de la modulación. Gracias por leer.
