Modulación de Frecuencia (FM) y Amplitud (AM): Características, Ventajas y Desventajas
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Ancho de Banda en FM
El ancho de banda requerido para pasar todas las bandas laterales es igual a dos veces el producto de la frecuencia de la señal modulante más alta y el número de bandas laterales significativas determinadas por las funciones de la tabla de Bessel. La expresión matemática es como sigue:
AB = 2 × (n × Fmmáx)
n = número de bandas significativas
Sin embargo, Carson estableció una regla general para calcular aproximadamente el ancho de banda sin importar el índice de modulación. La denominada regla de Carson aproxima el ancho de banda al doble de la suma de la desviación de frecuencia pico y la máxima frecuencia de la señal modulante. La expresión matemática es:
AB = 2 × (Δf + Fmmáx)
En un sistema donde se cuenta con una desviación de frecuencia de 10 kHz, el ancho de banda según las funciones de Bessel y considerando que se obtienen 3 pares de bandas laterales significativas, es de 60 kHz, mientras que con la regla de Carson el ancho de banda es igual a 40 kHz.
AB = 2 × (Δf + Fmmáx) = 2 × (10 kHz + 10 kHz) = 40 kHz (según regla de Carson).
AB = 2 × (n × Fmmáx) = 2 × (3 × 10 kHz) = 60 kHz (según funciones de Bessel).
Puede verse que existe una diferencia en el mínimo ancho de banda determinado por la regla de Carson y el mínimo determinado en la tabla de Bessel. El ancho de banda de la regla de Carson es menor que el requerido para pasar a todos los conjuntos de bandas laterales significativas definido por la tabla de Bessel. Por lo tanto, un sistema que se diseñó usando la regla de Carson tendría un ancho de banda más angosto, y el rendimiento es más pobre que el de un sistema diseñado usando la tabla de Bessel. Para los índices de modulación superiores a 5, la regla de Carson es una aproximación cercana al verdadero ancho de banda real requerido.
Inmunidad al Ruido en FM
En AM no hay muchas formas de eliminar el ruido. En FM se cuenta con circuitos limitadores de amplitud que recortan la señal y eliminan la mayor parte del ruido, esto es solo para FM. La calidad de sonido en FM es más alta que en AM, ya que se puede eliminar el ruido.
Comparación entre FM y AM
- Efecto de captura: En FM el receptor puede diferenciar dos señales si tienen diferente amplitud, por más que tengan la misma frecuencia. En AM si son de distinta amplitud y misma frecuencia es imposible que el receptor las distinga (ventaja para FM).
- Ancho de banda: El ancho de banda en FM es de 200 kHz y en AM es de 10 kHz, pero se llega a desperdiciar mucho el ancho de banda en FM ya que entra solo una señal cada 200 kHz. (Desventaja).
- Complejidad de los circuitos: (desventaja de FM): En FM los circuitos son más complejos y más costosos, ya que el proceso de modulación es más difícil y en AM son circuitos menos complejos.
Comparación entre FM y PM
Desde un punto de vista puramente teórico, la diferencia entre FM y PM es que el índice de modulación para FM se define de forma diferente que para PM. En PM, el índice de modulación es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante e independiente de su frecuencia. En FM el índice de modulación es directamente proporcional a la amplitud de la señal modulante e inversamente proporcional a la frecuencia.
Considerando a FM como una forma de modulación de fase, entre mayor sea la desviación de frecuencia, mayor es la desviación de fase. Si las transmisiones de FM se reciben en un receptor de PM, las frecuencias más bajas tendrían considerablemente mayor desviación de fase que las que un demodulador de PM les hubiera dado. Debido a que las tensiones de salida de un demodulador de PM son proporcionales a la desviación de fase, la señal aparece excesivamente amplificada en las frecuencias bajas. Alternativamente, una señal de PM demodulada en un receptor de FM produce una señal de información en la cual se ven más amplificadas las señales de mayor frecuencia.
Comunicaciones Analógicas y Digitales
Ventajas de las Comunicaciones Digitales
La ventaja principal de la transmisión digital es la inmunidad al ruido. Esto se debe a que en dichas transmisiones no es necesario evaluar la amplitud, frecuencia y fase con tanta precisión como en una transmisión analógica. Los pulsos recibidos se evalúan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinación si el pulso está arriba o abajo del umbral específico.
Se prefieren los pulsos digitales por su mejor procesamiento que las señales analógicas. Los pulsos digitales pueden guardarse fácilmente, y adaptarse a distintos procesamientos e interfaces.
Utilizan la regeneración de señales, en vez de amplificar, por lo que producen un sistema más resistente al ruido. Las señales digitales son más sencillas de medir y evaluar. Los sistemas digitales están mejor equipados para evaluar y corregir errores.
Desventajas de las Comunicaciones Digitales
La transmisión de señales analógicas codificadas de manera digital requiere de mayor ancho de banda que la señal analógica. La señal analógica debe convertirse en códigos digitales antes de su transmisión y convertirse nuevamente a analógicas en el receptor.
La transmisión digital requiere de sincronización precisa de tiempo entre los relojes de transmisor y receptor. Los sistemas de transmisión digital son incompatibles con los sistemas analógicos existentes.