Modulación en Frecuencia, Fase y sus Aplicaciones en Telecomunicaciones

Modulación en Frecuencia (FM)

En la modulación en frecuencia, la señal modulada tiene una frecuencia de reposo que coincide con la de la portadora. Esta frecuencia aparece cuando no se transmite sonido alguno, por lo que no se altera la señal portadora en ese instante. A medida que la señal moduladora va cambiando de voltaje, la portadora modifica su frecuencia y aparece una frecuencia máxima y una mínima, proporcionales a las amplitudes extremas de la señal de sonido que sirve para modular.

Características de la Modulación en Frecuencia

• La proporción entre el valor del nivel de la señal y la desviación de frecuencia producida determina el ancho de banda de transmisión y la relación señal/ruido (C/N).
• El mensaje se envía en la desviación de frecuencia de una portadora.
• El espectro de la señal no está relacionado con la señal fuente de una manera simple.
• Es una modulación no lineal.
• El ancho de banda sobrepasa en más del doble el ancho de banda del mensaje, y la relación señal/ruido depende más del ancho de banda utilizado que de la potencia transmitida.

Modulación en Fase (PM)

En este sistema, las variaciones de amplitud de la onda moduladora provocan desplazamientos en la fase de la portadora, desviándose de la que tendría en su posición de reposo. Tiene muchos problemas si queremos transmitir una onda como la del sonido. El problema es la dificultad de detectar variaciones de pequeñas dimensiones en la fase de la señal. Cuando la modulación conlleva moduladoras digitales se llama PSK (Phase Shift Key), y en analógicas de amplitud (ASK, Amplitude Shift Key) y frecuencia (FSK, Frequency Shift Key).

Desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK)

En este tipo de modulación intervienen dos portadoras en cuadratura para modular señales digitales, pero codifica únicamente un bit en el eje horizontal y otro en el vertical. Según el valor de este bit, la portadora tomará una fase negativa o positiva.

La suma de las dos portadoras es una onda modulada que puede adoptar cuatro fases distintas, correspondientes a las cuatro combinaciones posibles en cada pareja de bits de la señal moduladora.

Se usa en los sistemas digitales DAB de radio y DVB de televisión, así como en la transmisión de sonido estéreo/dual digital NICAM de la televisión analógica.

Aplicaciones Típicas de las Modulaciones

BPSK: módems por cable. QPSK: satélite, módems, TETRA. FSK: DECT, AMPS. 8PSK: satélites, aviación. 16QAM: radioenlaces en microondas. 32QAM: DVB-T. 64QAM: DVB-C. 256QAM: módems, DVB-C.

COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) es una técnica compleja de modulación de banda ancha utilizada para transmitir información digital a través de un canal de comunicaciones, que combina potentes métodos de codificación más el entrelazado para la corrección de errores en el receptor. COFDM modula la información en múltiples frecuencias portadoras ortogonales donde cada una está modulada en amplitud y fase y lleva una tasa de símbolos muy baja, además de tener una alta eficiencia espectral. Se obtiene una modulación específicamente diseñada para combatir los efectos multitrayectoria y otros tipos de interferencias que afectan a receptores.

Aspectos Clave de COFDM

• La ortogonalidad.
• Los esquemas de modulación de las portadoras.
• La adición del intervalo de guarda.
• La sincronización.
• La ecualización.

Estándar DVB-T

DVB-T es el estándar para la transmisión de televisión digital terrestre creado por la organización europea DVB. Este sistema transmite audio, video y otros datos a través de un flujo MPEG-2, usando una modulación COFDM.

La diferencia fundamental es que DVB-T utiliza una codificación llamada COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing / Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal Codificada) que sacrifica parte de la velocidad del canal disponible para datos para obtener mejores resultados de imagen cuando la señal se ve afectada por ruido (interferencias). El sistema consiste a groso modo en dividir los datos en partes que se envían por separado, e insertar bandas de seguridad entre ellos que permitan a los receptores discernir mejor la información del ruido. Este sistema tiene un mayor coste en términos de potencia informática requerida para la interpretación de los datos, y obliga a receptores más potentes para su decodificación.

El estándar COFDM permite diferentes codificaciones como el modo 2K, pensado para transmisiones simples que cubran áreas geográficas reducidas (potencias reducidas) o el modo 8K que puede utilizarse por áreas geográficas extensas en un único canal, común en toda la red.

Portadoras en las Transmisiones DVB-T

La transmisión DVB-T contiene los siguientes tipos de portadoras:

• Portadoras inactivas en posiciones fijas: están en los extremos superior e inferior del canal de transmisión y son de amplitud nula.
• Las portadoras de datos: son las que se utilizan para la transmisión de información. En el modo 8K existen 6048 portadoras de datos, en el modo 2K 1512 portadoras.
• Portadoras Piloto continuas: se localizan en el eje horizontal, con 0º o 180º de fase y con amplitud de 3 dB comparado con la media de potencia de las portadoras de datos. Se usan en el receptor como referencia de fase y para el control automático de frecuencia, para la sintonización de la frecuencia de transmisión.
• Portadoras distribuidas: se distribuyen en todo el espectro del canal DVB-T símbolo a símbolo y constituyen una señal de referencia para la estimación del canal en el receptor. En cada símbolo hay una portadora distribuida cada 12 portadoras. Las portadoras distribuidas también se encuentran en el eje horizontal del espectro, en 0º y 180º y tienen la misma amplitud que las portadoras piloto continuas.
• Portadoras TSP: se localizan en portadoras fijas. Estas portadoras representan un canal de información rápida para que el transmisor le indique al receptor los parámetros de transmisión utilizados. Se modulan en DBPSK y se encuentran en el eje horizontal de la constelación a 0º o 180º, se codifican de forma diferencial, la información se encuentra en la diferencia entre una y otra. Las portadoras TPS tienen 68 bits, 13 de protección contra errores, 22 para transmitir información, 17 para sincronización y 13 para aplicaciones futuras.