Señales Analógicas y Digitales: Conversión, Modulación y Transmisión

Señales Analógicas y Digitales: Fundamentos y Diferencias

Una señal analógica presenta una variación continua con el tiempo.

Conversión Analógico-Digital

El proceso de conversión de una señal analógica a una de tipo digital se realiza mediante convertidores analógico-digitales. Estos toman valores periódicamente de la señal analógica y los convierten a un número digital. Este proceso se llama cuantización.

Error de cuantización: Tamaño del escalón / 2

El número de escalones depende del número de cifras binarias que se utilicen.

Teorema de Nyquist

Nyquist establece que si se tiene una señal analógica continua, limitada en ancho de banda, y se toman muestras a una frecuencia igual o mayor al doble de su frecuencia máxima, se puede recuperar la señal original sin pérdida de información.

Transmisión de Señales: Banda Base y Modulación

Banda Base

Se habla de banda base cuando el espectro de la señal se envía en el mismo rango de frecuencias que la fuente que lo ha producido.

Modulación

La modulación consiste en desplazar cada señal a un rango de frecuencias distinto, conservando la forma de su espectro, para que puedan compartir el medio por el que se transmiten.

Medios de Transmisión

Medios Guiados

• Eléctricos
• Ópticos
• Corrientes portadoras

Medios No Guiados

• Radiofrecuencia
• Infrarrojos
• Ultrasonido

Espectro de frecuencias (ejemplos):

• LF (Low Frequency): 30-300 kHz (10-1 km)
• MF (Medium Frequency): 300-3000 kHz (1 km - 100 m)
• HF (High Frequency): 3-30 MHz (100-10 m)
• VHF (Very High Frequency)
• UHF (Ultra High Frequency)
• SHF (Super High Frequency)
• EHF (Extremely High Frequency)

Ancho de Banda y Velocidad de Transmisión

Ancho de banda: Es el rango de frecuencias que un canal permite transmitir. El ancho de banda del canal debe abarcar el espectro de la señal. La velocidad máxima de transmisión se emplea en comunicaciones digitales, donde la información suele ser binaria y las señales se codifican.

Tipos de Modulación

La modulación es necesaria porque la señal de información no puede transmitirse directamente por el medio. Se necesita mejorar las características de la transmisión y compartir el medio con otras señales.

Modulaciones Analógicas

• Modulación en Amplitud (AM)
• Modulación en Fase (PM)
• Modulación en Frecuencia (FM)

Modulaciones Digitales

• Modulación en Amplitud (ASK)
• Modulación en Fase (PSK)
• Modulación en Frecuencia (FSK)

Cuando la información se transmite directamente en forma de pulsos digitales, se denomina transmisión digital.

• ASK (Amplitude-Shift Keying): La información digital modifica la amplitud de una señal portadora analógica, manteniendo su frecuencia y fase.
• FSK (Frequency-Shift Keying): La señal digital modula la frecuencia de la portadora, utilizando una frecuencia para cada símbolo (0, 1).
• PSK (Phase-Shift Keying): Usa símbolos como en FSK.

La modulación multinivel codifica la información en más de dos niveles.

Ruido en las Comunicaciones

Ruido No Correlacionado

• Ruido Externo:
  • Ruido atmosférico
  • Ruido extraterrestre (solar, cósmico)
  • Ruido de origen humano
• Ruido Interno:
  • Ruido de disparo
  • Ruido de tránsito
  • Ruido térmico

Ruido Correlacionado

• Distorsión armónica
• Distorsión por intermodulación

Características de los Transmisores de Radiofrecuencia

• Fidelidad
• Frecuencia y banda ocupada
• Emisión de espurios y armónicos
• Potencia de emisión
• Rendimiento