Fundamentos de Modulación Digital: Técnicas Clave y Conversión Analógico-Digital

Dato Digital vs. Señal Analógica

La modulación consiste en la modificación de uno o varios de los tres parámetros de una señal portadora (amplitud, frecuencia o fase) según cómo varía la señal moduladora. De esta manera, se transportan los datos que queremos transmitir.

Técnicas de Modulación Digital

1. ASK (Amplitude Shift Keying)

• Los valores se representan por diferentes amplitudes de la portadora.
• Usualmente, se representa un bit por la presencia o ausencia de portadora.
• Es susceptible a cambios repentinos de la ganancia (ruido o interferencias).
• Es ineficiente: alcanza hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica.
• Se utiliza para la transmisión en fibras ópticas.

2. FSK (Frequency Shift Keying)

• La forma más común es BFSK (Binary FSK): dos valores binarios representados por dos diferentes frecuencias.
• Es menos susceptible a errores que ASK.
• Alcanza hasta 1200 bps en líneas de calidad telefónica.
• También se usa a mayores frecuencias en LANs con cable coaxial.
• MFSK (FSK Múltiple) utiliza más de dos frecuencias.

3. PSK (Phase Shift Keying)

• BPSK (Binary PSK): utiliza dos fases (0º y 180º) para representar un 0 y un 1 binario. Requiere que el receptor compare la señal recibida con una de referencia.
• DPSK (Differential PSK): la fase se desplaza en relación a la fase anterior para indicar un cambio de bit. No requiere comparación con la señal de referencia.

4. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)

• Se usan desplazamientos de $\pi/2$ (90º).
• Cada elemento de señal representa 2 bits.
• La modulación 8-PSK y superiores no se usa frecuentemente en este contexto.
• La secuencia de bits de entrada se divide de forma alterna en dos, modulando con BPSK en la portadora de fase I (In-phase) y cuadratura Q (Quadrature).

5. QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

• Se utiliza en ADSL, Cable-módem, TDT y en protocolos inalámbricos.
• Es una combinación de ASK y PSK.
• Se parte del mismo punto que en QPSK: se usan dos portadoras de la misma frecuencia, una desplazada 90° respecto de la otra (I y Q).
• Cada portadora se modula usando ASK.
• Se suman las dos señales resultantes y se envían a través del medio.

Conversión Analógico-Digital

El propósito de la conversión es facilitar el procesamiento de los datos y hacer la señal resultante más inmune al ruido y otras interferencias. Los datos digitales resultantes pueden ser transmitidos como señal analógica mediante modulación.

Proceso de Conversión Analógico-Digital

La conversión analógico-digital se realiza usando un codec, empleando técnicas como PAM (Pulse Amplitude Modulation) y PCM (Pulse Code Modulation).

Teoría del Muestreo de Nyquist

La teoría del muestreo de Nyquist establece que si una señal tiene un espectro limitado y es muestreada a intervalos regulares a una tasa igual al doble de la frecuencia más alta de la señal, los muestreos exactos contienen toda la información de la señal original, por lo que no es necesario reconstruirla.

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