Sistemas de Comunicación: Modulación, Ruido y Receptores

Los sistemas de comunicación son aquellos que llevan a cabo el transporte de la información mediante el empleo de diferentes técnicas y dispositivos.

Esquema básico de un sistema de comunicaciones

Emisor -> Canal -> Código -> Mensaje -> Receptor.

Conversión de señal analógica a digital

El proceso de conversión de una señal analógica a otra digital se realiza con convertidores, los cuales toman valores periódicamente (muestreo) y los convierten en números digitales (cuantización).

Tipos de filtros

• Paso bajo
• Paso banda
• Paso alto
• Rechazo banda

Elementos de un sistema de comunicaciones

• Transductor de entrada
• Emisor o transmisor
• Receptor
• Transductor de salida
• Medio o canal

Tipos de canales

• Canal simplex: La información solo puede circular en un sentido (ej: la TV).
• Canal semidúplex: La información puede circular en ambos sentidos, pero no simultáneamente (ej: los walkie talkies).
• Canal dúplex: La información puede circular en ambos sentidos a la vez y simultáneamente (ej: una llamada por teléfono).

Tipos de medios

• Medios guiados: Se propagan por un cable (eléctricos, ópticos, corrientes portadoras, etc.).
• Medios no guiados: Inalámbricas, no se propagan por cable (radiofrecuencias, infrarrojos, ultrasonidos).

Monomodo: 1 impulso. Multimodo: varios impulsos.

Espectro electromagnético y radioeléctrico

El espectro electromagnético es el conjunto de ondas electromagnéticas que viaja a la velocidad de la luz (rayos X, microondas, etc.). El espectro radioeléctrico es el medio a través del cual se transmiten las frecuencias de las ondas de radio electromagnéticas (radio, internet, TV, etc.).

Modulación

El proceso de modulación consiste en modificar las características de una señal analógica (señal portadora) empleando otra señal de información (señal moduladora), para obtener como resultado la señal modulada.

Tipos de modulación

• Modulaciones analógicas:
  • Modulación en Amplitud (AM)
  • Modulaciones angulares:
    • Modulación en Fase (PM)
    • Modulación en Frecuencia (FM)
• Modulaciones digitales:
  • Modulación en Amplitud (ASK)
  • Modulación en Fase (PSK)
  • Modulación en Frecuencia (FSK)

Modulación en Amplitud (AM)

La señal que se modifica es la portadora, es decir, su amplitud.

Modulación ASK

Modulación por desplazamiento de amplitud, los datos de información digital modifican la amplitud de la señal portadora analógica cuya frecuencia y fase se mantienen constantes.

Modulación FSK

Modulación de desplazamiento de frecuencia, la señal digital de la información modula la frecuencia de la portadora.

Modulación PSK

Modulación por desplazamiento de fase, emplea una fase distinta por cada símbolo de la señal de información moduladora.

Constelaciones de las modulaciones 4ASK, 4FSK Y 4PSK. Ejemplo de modulación QASK, QFSK Y QPSK de dos niveles.

Ruido eléctrico

• Ruido correlacionado:
  • Distorsión armónica
  • Distorsión intermodulación
• Ruido no correlacionado:
  • Ruido interno:
    • Ruido térmico
    • Ruido de disparo
    • Ruido de tránsito
  • Ruido externo:
    • Ruido atmosférico
    • Ruido extraterrestre
    • Ruido solar
    • Ruido cósmico
    • Ruido de origen humano

Distorsión armónica

Aparición de armónicos no deseados en una señal. Múltiplos enteros de la señal de entrada original.

Distorsión intermodulación

Se produce cuando se generan productos cruzados no deseados a consecuencia de una mezcla no lineal de dos o más señales.

Ruido térmico

Se debe a la agitación térmica de los electrones que forman la materia, estando presente en todos los medios, circuitos y dispositivos.

Ruido de disparo

Presente en los componentes electrónicos, debido a la llegada aleatoria de los electrones y huecos a la salida de estos dispositivos.

Ruido de tránsito

Cuando se producen variaciones en la corriente de electrones y huecos que viajan a través de ciertos dispositivos.

Ruido atmosférico

Fuente de ruido que se debe a las perturbaciones eléctricas que se producen de forma natural en la atmosfera terrestre.

Ruido extraterrestre (ruido de espacio profundo)

Ruido eléctrico que tiene su origen fuera de la atmosfera terrestre.

Ruido solar

Se produce cuando el Sol se encuentra en calma, y otra cuando el sol genera perturbaciones esporádicas que producen una radiación de alta intensidad y poca duración.

Ruido cósmico

Ruido que se distribuye de manera bastante uniforme por el cielo, dado que sus fuentes de origen están distribuidas en las distintas galaxias.

Ruido de origen humano

Actividad industrial del ser humano, teniendo origen en las chispas que se producen en infinidad de automatismos e incluso en las que se producen en la ignición de los motores de explosión de los vehículos.

Receptores de radiofrecuencia

Características

• Sensibilidad: Nivel mínimo de señal que es necesaria a la entrada para percibir la información.
• Selectividad: Capacidad de rechazar aquellas señales muy próximas a la banda de frecuencias de la señal recibida.
• Fidelidad: Capacidad de emitir la señal emitida sin distorsión.

Tipos de receptores

• Receptor homodino: antena -> amplificador RF -> filtro RF -> demodulador -> amplificador en banda base -> filtro de banda base -> información recibida.
• Receptor heterodino: antena -> amplificador RF ->filtro RF -> mezclador (oscilador) -> amplificador FI -> FILTRO FI -> demodulador -> información recibida.
• Receptor superheterodino: antena -> amplificador RF (LNA) -> filtro RF -> [mezclador -> filtro (oscilador local)] -> {amplificado FI- filtro FI (trabajan a frecuencia fija)}-> demodulador -> información recibida.