¿Qué es la Modulación?

Escrito por leopedrini lunes, 28 de febrero de 2011 15:52:00 Categories: Curso
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Cuando pensamos en la comunicación en un sistema de telecomunicaciones, lo primero que viene a la mente es una persona hablando con otra persona.

 

 

Si bien puede parecer simple, la transmisión y recepción de información es muy compleja, teniendo en cuenta las muchas posibilidades y escenarios en los que esto puede ocurrir.

Y uno de los principales esquemas en cuestión es la modulación. Así que trate de entender lo que es hoy.

Nota: Nuestro objetivo es ser lo más simple y directa como sea posible. Por ejemplo, no alcanzan el nivel de teoremas, como Nyquist y Shannon - están involucrados en el tema. Esta lectura, sin embargo, se recomienda profundizar o si tiene más interés en el tema. De todos modos, tratan de hacer pasar las ideas y conceptos básicos. Más tarde, vepois puede ampliar sus estudios, en su caso, de manera mucho más clara.

Nota: Todas las telecomHall artículos están escritos originalmente en Portugués. A continuación se hacen traducciones en Inglés y Español. Como nuestro tiempo es escaso, sólo se producen varios errores de ortografía (que utilizar el traductor automático, y sólo entonces hacer una revisión final). Pedimos disculpas, y contamos con su comprensión de nuestro esfuerzo. Si usted quiere contribuir traduciendo / corregir una de estas lenguas, o incluso uno nuevo, por favor comuníquese con nosotros: contacto.

 

¿Qué es la modulación?

Vamos a empezar con la función básica de cualquier sistema de comunicación: transmitir información de un lugar a otro.

Hablando simplemente hablando, parece un proceso sencillo ... pero no lo es!

Para tratar de identificar a los muchos conceptos y procesos involucrados, vamos a considerar una comunicación entre dos personas.

Si estas personas están muy próximas, uno habla y escucha del otro.

 

Podemos observar algunos conceptos básicos.

  • El poder de la información en caso de que el sonido de la voz, está dada por la capacidad de los pulmones de cada uno, que puede susurrar, hablar o gritar.
  • Los medios de transmisión de información es el aire o el espacio libre.
  • Altavoz es el transmisor y el receptor es el oyente.

Si estas personas están muy lejos, entonces las necesidades de comunicación de otros medios, tales como una línea telefónica o el canal de radio frecuencia.

 

Tenga en cuenta que ahora introducir nuevos dispositivos digitales, técnicas Alemdar para permitir que la información original - en este caso la voz - está diseñada con el fin de llegar a la otra persona.

La información que sale de la emisora necesita ser cambiado (modulada) para luego ser transmitida. En el receptor, se debe hacer el proceso inverso, o la demodulación de esta información, la conversión de los mismos a la información original.

 

Más Conceptos...

  • Modulación: el cambio de las características de la señal que se transmite.
  • Demodulación: el proceso inverso de la modulación.

Bien hasta ahora? Así que vamos a seguir...

Nuestra voz, como la mayoría de los sonidos en la naturaleza es analógica. Incluso hay emisoras puramente analógico, como en AM y FM. Pero no te preocupes por eso, casi todo lo que hoy es realidad digital.

Antes de que nuestra voz sea transmitida, se debe convertir. Para ello, existen dispositivos digitales que convierten la voz analógica a través de un proceso de muestreo y cuantificación.

 

La señal analógica se muestra primero, y luego cuantificar los niveles. Cada uno de estos niveles se convierte entonces en un número binario.

A continuación, vemos una señal analógica (azul) con su equivalente digital de señal (rojo). Utilizando sólo dos niveles, tenemos:

 

Se ha utilizado cuatro niveles, tenemos por ejemplo:

 

Un tipo específico de modulación PCM - Pulse Code Modulation es el método utilizado para convertir la señal de voz en una señal digital, y generalmente se utilizan en la telefonía. Entre la amplitud máxima y mínima de la señal se definen 16 niveles (de 0 a 15), y estos se codifican como números binarios (0000, 0001, ..., 1111).

 

Para que nuestra voz se considera un ancho de banda efectivo de los límites de ancho inferior a 300 Hz, y superiror límite entre 3500 y 4000 Hz frecuencia de muestreo es de 8000 / s.

Tenemos un flujo de 64 Kb / s: 8000 muestras x 1 byte = 64.000 bits / segundo (64 kb / s).

Bueno, en este punto tenemos entonces el signo de nuestra voz representados digitalmente - Los números binarios.

Ahora vamos a ver cómo las otras técnicas de modulación digital?

La modulación digital tiene ventajas sobre la analógica. Por ejemplo, es mucho más fácil para recuperar la señal, ya que evita la acumulación de ruido y distorsión - en comparación con la modulación analógica.

Además, los flujos de bits digitales son mucho más adecuados para diferentes esquemas de multiplexación.

 

Pero mientras que los beneficios son grandes, la modulación digital también tiene sus desventajas. La principal es que se requiere más ancho de banda que las analógicas en consecuencia.

Y luego vienen las técnicas desarrolladas para minimizar este problema.

La compresión de la señal digital: para reducir el número de bits necesarios para transmitir la misma información. El uso de técnicas avanzadas de modulación: el aumento del número de bits realizado por Hertz o ancho de banda - QPSK, DQPSK, GMSK, etc ...

Así que vamos a hablar un poco acerca de estas técnicas de modulación.

En primer lugar, vamos a acostumbrarnos a las características de modulación (cambio) de la señal de RF puede ser básicamente de tres tipos:

  • Frecuencia
  • Amplitud
  • Fase

La siguiente figura ayuda a entender esto, en el que vemos una onda de referencia - el primero - y sus modulaciones correspondientes al cambiar la frecuencia (1), la amplitud (2) y la fase (3).

 

Todas estas técnicas modificar un parámetro de la señal sinusoidal de alguna manera representan a la información que tenemos.

Hagamos ahora un poco más que la analogía nos ayudará a determinar los conceptos de modulación.

Imagínese a una persona, una noche en un apartamento como el que se muestra a continuación, con dos ventanas. Supongamos también que esa persona quiere comunicarse con su novia, a lo lejos.

 

Esta persona junto con su novia, que a su vez a la luz de la derecha, uno de los medios. Si activa la luz de la izquierda significa 0.

Esta señal tiene una dimensión, ya que la persona utiliza un solo tamaño (ir de un lugar a otro) para indicar un cambio de símbolo.

Cuando se enciende, tenemos un símbolo. (Como tenemos dos ventanas, tenemos dos símbolos. En este caso, un símbolo representa un bit).

Felicidades, acabas de conocer una técnica de modulación de fase en primer lugar: BPSK!

 

BPSK

BPSK significa modulación Binary Phase Shift Keying.

Esta modulación utiliza una señal sinusoidal, y varía la frecuencia para transmitir información. En nuestro ejemplo, encender una luz en cada ventana.

Cada símbolo se indica mediante el cambio de posición. En BPSK, se indica mediante el cambio de la fase de la señal sinusoidal, con una fase 0 y fase con otros 180 grados.

Así pudo entender?

Llevar al eje xy, la señal de BPSK sólo tiene el eje x Teniendo en cuenta nuestra señal como un vector, es como si se avanza y retrocede de ese eje.

De hecho, el eje de aquí ya no se llama xy, pero IQ. La carta que designa a un transportista 'en fase' con la señal portadora. Y la letra Q en los medios "cuadratura" (o perpendicular). Luego tenemos la siguiente figura representa la modulación BPSK.

 

Como ejemplo, ver cómo la secuencia de bits transmitidos usando la modulación BPSK 0110. Nota: Para fines de demostración, que utilizan una frecuencia de 1 Hz, que es fácil ver las variaciones. De hecho, esta frecuencia es mucho mayor, sino que exponen lo que queremos.

 

QPSK

Ahora, volvamos al ejemplo de los amantes.

Supongamos ahora que su novio se ha mudado a un apartamento diferente, como se muestra a continuación.

Ahora, mirad que combina un nuevo código de cada luz se encendió. En otras palabras, cada símbolo lleva 2 bits. Por ejemplo, si tiene razón en el piso de arriba la luz, los medios 11.

 

Usted probablemente ha hecho la analogía con el eje xy, o el IQ más bien:

 

OQPSK

Offset QPSK es una variante de QPSK, donde sólo un canal I o Q puede variar con el tiempo. El objetivo es ofrecer un mejor rendimiento en algunas aplicaciones, con una menor tasa de errores de bits. La señal es más 'amigable' para el transmisor.

En el caso de los amantes, el tipo que estaba en la ventana derecha de la parte de arriba sólo podía ir hacia abajo o hacia los lados.

 

En el siguiente diagrama se puede ver las posibilidades de transición de OQPSK, y QPSK.

 

FSK

En FSK - Manipulación por desplazamiento de frecuencia de la señal portadora tiene la misma amplitud, y no sufren cambios discontinuos de la fase. Esta señal se conecta entre dos frecuencias, de acuerdo con el valor de los bits.

Este tipo de señal se llama envolvente constante, y sufre menos distorsión en las aplicaciones con amplificadores de alta potencia.

 

MSK

Shift Keying mínimo es un tipo especial de FSK, en el que la desviación de frecuencia pico es igual a la mitad la tasa de bits.

 

Esta separación mínima frecuencia permite la detección de dos estados binarios ortogonales.

Este tipo de modulación tiene muchas ventajas. Cuenta con una mejora de la eficiencia espectral en comparación con otros esquemas de modulación PSK. Es el tipo de envolvente constante - como hablo, y sufre menos distorsión en las aplicaciones con amplificadores de alta potencia. Para los teléfonos aprelhos, lo que contribuyó a un buen consumo de energía menor cosa, ¿verdad?

También tiene un buen rendimiento de REC - es más inmune al ruido, ya que la mayoría se basan en la amplitud del ruido, y tiene capacidad de auto-sincronización.

 

GMSK

GSMK es básicamente la señal MSK se aplica a un filtro gaussiano que disminuye la frecuencia de las transiciones rápidas, que terminó antes de la difusión de la energía en los canales adyacentes. Esta modulación de espectro resulta ser aún menor.

 

Así, sólo mostramos algunos de los esquemas de modulación existentes. De todos modos, estos son la clave, y nuestro objetivo inicial - el concepto de modulación - ha sido demostrado.

 

Otros esquemas de modulación

Aunque los esquemas complejos de modulación son capaces de encapsular grandes cantidades de datos en un ancho de banda relativamente pequeña, son más vulnerables al ruido y la distorsión durante la transmisión.

Otros esquemas de modulación más importantes son:

  • π/4 DQPSK
  • 8PSK
  • 16 QAM
  • 64 QAM

Una explicación de este tipo es entonces detelhada para otra oportunidad, ya que hemos extendido demasiado hoy.

Finalmente, aquí hay una mesa con algunas comparaciones de esquemas de modulación.

 

Conclusión

Esta fue una breve explicación del esquema de modulación utilizado para cambiar las características de la señal que se transmite, lo que permite una mayor eficiencia en este proceso.

Hemos explicado los conceptos básicos, y sabemos que algunos de los principales tipos de modulación, en particular los que se utilizan en telecomunicaciones e informática.