Modulación, Antenas y Telecomunicaciones: Conceptos y Aplicaciones

1. ¿Qué es la modulación?

La modulación es un conjunto de técnicas que se utilizan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Permite un mejor aprovechamiento del canal de comunicación, protegiéndola de posibles interferencias y ruidos. Consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora.

2. Diferencias entre AM y FM

A continuación, se presenta una tabla comparativa entre AM (Modulación de Amplitud) y FM (Modulación de Frecuencia):

3. Procesos de Modulación Digital

• Modulación de amplitud (AM): Tipo de modulación lineal que consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora.
• Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK): Consiste en las variaciones de amplitud de la portadora sinusoidal como el estado lógico de la señal de modulación.
• Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK): Es la modificación de la frecuencia portadora sinusoidal como las variaciones de estado lógico de la señal moduladora.
• Modulación por desplazamiento de fase (PSK): Es la modificación de la fase portadora como variaciones sinusoidales del estado lógico de la señal moduladora.

4. Antenas Transmisoras y Receptoras

Una antena transmisora es un conductor que transforma la energía eléctrica en energía de radiación electromagnética. La antena receptora realiza el proceso inverso.

5. Factores que determinan la calidad de una antena

La calidad de una antena depende de los siguientes factores:

• Potencia
• Resistencia
• Longitud
• Diagrama de radiación
• Polarización
• Banda de paso
• Ancho de haz
• Ganancia de directividad
• Altura efectiva

6. Clasificación de las Antenas

Las antenas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

• Antenas de hilo: Sus elementos radiantes son conductores de hilo. Sus dimensiones son de una longitud de onda. Se utilizan en: MF, HF, VHF, UHF.
  • Antena vertical: Tiene un solo brazo rectilíneo en posición vertical.
  • Dipolo: Es la antena con alimentación central para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia.
  • Espira: Es un dipolo, pero sus brazos se despliegan en espira circular. Son direccionales.
  • Helicoidal: Se usa en UHF, VHF. Se utiliza en radios portátiles de tipo walkie-talkie.
• Antenas de apertura: Utilizan superficies para direccionar el haz electromagnético. Concentran la emisión y recepción en una dirección.
  • Parabólicas: Se utilizan en enlaces de radio terrestre como de satélites.
  • Antenas planas: Antenas de apertura sintética típicas de los radiadores de apertura sintética.
• Antenas de array: Conjuntos de antenas idénticas que se comportan como una única antena. La radiación es modificable.
  • Array lineales
  • Array planos
  • Array conformados

7. Tipos de Antenas con Reflector

Antena con reflector: Se basa en la reflexión de las ondas electromagnéticas, por las cuales las ondas se reflejan y van hacia el foco que está en el paraboloide en el caso de las antenas receptoras. En el caso de las antenas emisoras, las ondas del foco se ven reflejadas y abandonan el reflector en forma paralela al eje de la antena. Cuando se quiere una mayor directividad, la forma del reflector es parabólica con la fuente primaria en el foco y dirigida hacia el reflector. Se utiliza en VHF, SHF, EHF.

• Foco primario: La superficie se encuentra en un paraboloide. Las ondas electromagnéticas inciden paralelas al eje, se reflejan y se dirigen al foco. El foco está centrado en el paraboloide.
• Offset: Formado por una sección de paraboloide de forma oval. La antena es oval. El centro focal está al lado del centro, es decir, queda fuera de la superficie.
• Cassegrain: Gran directividad. Transmisión de bajo ruido. Gran distancia de transmisión hacia el foco, por lo que hay que usar un segundo foco.

8. Multiplexación por División de Frecuencia (MDF o FDM)

La multiplexación por división de frecuencia (MDF o FDM) es un tipo de multiplexación utilizada generalmente en sistemas de transmisión de señales analógicas. Sirve para que las fuentes de varios espectros de frecuencia se conviertan en una banda de distancia de frecuencia y se transmitan en forma simultánea por un solo medio de transmisión. Así, se pueden transmitir muchos canales de banda angosta por un solo sistema de transmisión de banda ancha.

9. Enlaces de Microondas

Un enlace de microondas está constituido por un emisor (modulador) y un receptor (demodulador). Entre ambos se produce el traslado de señal de audio y video, como en el caso de la televisión. Los sistemas satelitales se propagan fuera de la atmósfera terrestre, por lo cual pueden llevar señales mucho más lejanas usando menos transmisores y receptores.

10. Ventajas de los Enlaces de Microondas

• No utilizan instalaciones para cables coaxiales ni fibras ópticas.
• Evitan la necesidad de adquirir derechos de vía a través de propiedades privadas.
• Las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones de agua, montañas, etc., que constituyen más obstáculos para los cables.
• Las frecuencias altas equivalen a longitudes de onda cortas que requieren antenas pequeñas.
• Son más económicas porque no se deben arrendar fibras ópticas ni segmentos satelitales.

11. Fibra Óptica

La fibra óptica es un medio de transmisión por el que se envían pulsos de luz (los datos a transmitir). Sirve como medio de transporte para las redes de telecomunicación.

Ventajas:

• La comunicación no se ve afectada por el ruido ni las radiaciones.
• Su ancho de banda es muy grande.
• Confiable.
• Alta eficiencia.
• Inmune a las interferencias electromagnéticas.
• Segura para los datos.
• No es inflamable.
• Es ligera.
• Libre de corrosión.
• Baja atenuación (0.15 dB/km).
• Gran capacidad de transmisión.

12. Diferencia entre Fibras Multimodo y Monomodo

13. Cabecera en Telecomunicaciones

Una cabecera es el centro de la red encargado de agrupar y tratar los diversos contenidos que se van transmitiendo por la red.

14. Componentes de un Sistema Satelital

• Una estación de emisión.
• Un enlace de subida.
• Satélite de comunicación de órbitas estacionarias.
• Enlace de bajada.
• Estación receptora.

15. IPTV

IPTV es un nuevo sistema de televisión a través de ADSL que permite acceder a una gama de servicios multimedia gracias a la tecnología IP, como mensajería instantánea mientras se ve un programa, concursos interactivos y videos en demanda. A diferencia de la Web TV, no necesita una PC ni un televisor nuevo, solo una capacidad de banda ancha que lo permita y un decodificador denominado set-top box.

16. Sistema de Televisión Abierta

La señal se genera en un estudio o en un grabador si es un programa envasado. Esta señal se deriva al switch, el cual selecciona la señal que saldrá al aire en SD. Mediante una configuración tándem, simultáneamente se conmuta el switch HD, el que tiene algunas entradas habilitadas en HD nativo y otras up convertidas. Después del switch, la señal pasa por equipos que son controles automáticos de ganancia, compresores/expansores en el caso de audio, distribuidores de video y audio, botoneras de emergencia que bypassean los switch, delay en la línea de transmisión de audio. En el caso de la señal HD, la señal pasa por un Mux, el cual une el audio y el video para que sean transmitidos por un solo cable. Luego se distribuye y se envía por fibra óptica a los operadores de cable y al transmisor en el cerro.

17. Digitalización de la Señal o Conversión Analógica a Digital

La digitalización de la señal transforma una señal analógica en una señal digital. Consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento.

18. Proceso de Conversión Analógica a Digital (A/D)

• Muestreo: El muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda.
• Cuantificación: En el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras.
• Codificación: Consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario.

19. Ventajas de la Señal Digital

• Puede ser construida y amplificada mediante sistemas de regeneración.
• Tiene sistemas de detección y corrección de errores.
• Facilidad para el procesamiento de la señal.
• Multigeneración infinita sin pérdida de calidad.
• Es posible aplicar técnicas de compresión.

20. Compresión de Datos

La compresión de datos es la reducción de la cantidad de datos a transmitir o grabar.

Tipos de compresión:

• Compresión sin pérdida: Se transmite toda la información, pero eliminando la información repetida, agrupándola para que ocupe menos.
• Compresión con pérdida: Se desprecia cierta información considerándola irrelevante. Esto puede producir pérdida de calidad en el resultado final.

21. Redundancia en Telecomunicaciones

Redundancia espacial: La imagen tiende a parecerse a sus vecinos de la izquierda y derecha, y la línea tiende a hacerse similar a la de arriba y de abajo. (Se asignan más bits en las zonas de baja frecuencia y menos bits en las de alta frecuencia).

Redundancia temporal: La imagen en su conjunto suele parecerse a la que precede y a la que sigue (no enviar las imágenes en sí mismas, sino la diferencia entre ellas).