4-1 4.1 MULTICANALIZACIÓN POR DIVISIÓN EN FRECUENCIA A

4.1
MULTICANALIZACIÓN POR DIVISIÓN EN FRECUENCIA
A menudo se desea transmitir varios mensajes con facilidad de transmisión, un proceso
conocido como multícanalización.* Las aplicaciones de la multicanalización van de la vital,
aunque prosaica, red telefónica hasta la fascinante FM estéreo y los sistemas de telemetría por
sondas espaciales. Existen dos técnicas básicas de multicanalización: la multicanalización por
división en frecuencia (FDM) que se trata aquí, y la multicanalización por división en tiempo
(TDM) que luego se examina (Cap. 13).
El principio de la FDM se ilustra en la figura 5.35a, en donde varios mensajes de entrada
(se muestran tres) modulan en forma individual a las subportadoras fc1, fc2, etc., después de que
pasan a través de filtros pasabajas para limitar los anchos de banda de mensaje. Se muestra la
modulación de subportadora como SSB, y a menudo así es; pero se puede emplear cualquiera de
las técnicas de modulación de CW, o una combinación de ellas. Luego se suman las señales
moduladas para producir la señal de banda base, con espectro Xb(f), como se muestra en la figura
5.35b. (La designación "banda base" se emplea aquí para indicar que la modulación final de
portador aún no ha tenido lugar.) La función del tiempo de banda base xb(t) se deja a la
imaginación del lector.
Suponiendo que se escogen en forma apropiada las frecuencias subportadoras, la
operación multicanalización asigna una ranura en el dominio de la frecuencia para cada uno de
los mensajes en forma modulada; de ahí el nombre de multicanalización por división en
frecuencia. La señal de banda base puede después ser transmitida en forma directa o empleada
para modular una portadora transmitida de frecuencia fc. No existe aquí un interés particular en
*
N. del E. Es frecuente el uso del término multiplexado. Aquí sólo utilizaremos multicanalización.
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relación con la naturaleza de la modulación final de portadora, puesto que el espectro de la banda
base es el importante.
La recuperación del mensaje o la demodulación de FDM se hace en tres pasos. (Fig.
5.36). Primero, el demodulador de portadora reproduce la señal de banda base xb(t). Luego se
separan las subportadoras moduladas por medio de un banco de filtros pasabanda en paralelo, y
en seguida se detectan cada uno de los mensajes.
El principal problema práctico en la FDM es la diafonía, la indeseable unión de un
mensaje con otro. La diafonía inteligible (modulación cruzada) aparece principalmente por las no
linealidades del sistema, lo cual ocasiona que una señal de mensaje module en forma parcial a
otra subportadora.* En la misma forma, la diafonía ininteligible ocasiona disturbios por la
imperfecta separación espectral en el banco de filtros. Para reducir esta unión o acoplamiento, los
espectros de mensaje modulados se separan en frecuencia por medio de bandas de seguridad en
las que se pueden distribuir las regiones de transición de los filtros. Por ejemplo, la banda de
seguridad entre Xc1(f) y Xc2(f) en la figura 5.35b, es del ancho fc2 - (fc1 + W1). El ancho de banda
de la banda base neto es, por lo tanto, la suma de los anchos de banda de mensaje modulados
más las bandas de seguridad.
No obstante que los conceptos relativos a la FDM son muy sencillos, los sistemas típicos
pueden ser muy elaborados. Un caso es el sistema de portadora tipo L4 de la Bell Telephone, en
el cual se multicanalizan juntos 3 600 canales de voz (cada uno con W = 4 kHz en forma
nominal) para transmisión por cable coaxial. Toda la modulación es en banda lateral única, tanto
USSB como LSSB, y el espectro de banda base final va de 0.5 a 17.5 MHz, incluyendo la
portadora piloto y las bandas de seguridad. Todas las subportadoras son múltiplos de 4 kHz y se
derivan de un oscilador común, y la frecuencia piloto de 512 kHz proporciona la sincronización.
Tabla 5.2 JERARQUÍA DE LA MULTICANALIZACIÓN POR DIVISIÓN EN
FRECUENCIA DEL SISTEMA BELL
Designación
Intervalo de frecuencia Ancho de banda
Número de canales
de voz
Grupo
60-108 kHz
48 kHz
12
Supergrupo
312-552 kHz
240 kHz
60
Grupo maestro
564-3,084 kHz
2.52 MHz
600
Grupo Jumbo
0.5-17.5 MHz
17 MHz
3,600
*
Así, la realimentación negativa es, por lo general, una necesidad en los sistemas de multicanalización por división
en frecuencia para reducir la no linealidad de los amplificadores.
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Para evitar un excesivo ancho de la banda de seguridad en el extremos superior del
espectro de banda base, se hace la multicanalización por grupos en cuatro etapas, un arreglo que
también facilita la conmutación y el "enrutamiento" de los diferentes canales. (El lector que quizá
no esté por completo convencido de la fuerza del análisis en el dominio de la frecuencia, podría
considerar el diseño de ese sistema sin la ayuda de los conceptos espectrales.) Para referencia, la
tabla 5.2 lista la jerarquía en FDM del Sistema Bell.*
Ejemplo 5.4 La multicanalización en FM estéreo
Para concluir este capitulo, se describirá en forma breve el sistema FDM empleado en la
radiodifusión de FM estereofónica comercial. Con referencia a la figura 5.37a, las señales de los
altoparlantes izquierdo y derecho se matrizan primero para producir xL(t) + xR(t) y xL(t) – xR(t)
(La señal suma se escucha con un receptor monofónico; se requiere del matrizado para que el
oyente monaural no esté sometido a huecos de sonido en el material del programa y no capte así
efectos estereofónicos de ping pong.)
*
Laboratorios Bell Telephone (1971, Cap. 6).
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La señal xL(t) + xR(t) se inserta luego directamente en la banda base, en tanto que la DSB
xL(t) – xR(t) modula una subportadora de 38 kHz que se deriva de una fuente de 19 kHz. La
modulación de doble banda lateral se emplea para mantener la fidelidad a las bajas frecuencias.
El tono piloto de 19 kHz se agrega para la sincronización del receptor, que aparece en el espectro
de banda base (Fig. 5.37b). En la figura 5.38 se muestra el diagrama a bloques del receptor y
cómo se emplea el tono piloto para la demodulación sincrónica.
De manera incidental, en la grabación de discos de cuatro canales discretos (sistema
cuadrafónico) se emplea una extensión lógica de la estrategia anterior para multicanalizar cuatro
señales independientes en los dos canales de una grabación estereofónica. Denotando las cuatro
señales como LF, LR, RF y RR (para izquierda-frente, izquierda-atrás, etc.), LF + LR se registra en
forma directa en un canal con LF - LR multicanalizadas por medio de modulación en frecuencia de
una subportadora de 30 kHz. RF + RR y RF - RR se multicanalizan también en el otro canal. Como
el espectro de banda base resultante sube a 45 kHz, las señales cuadrafónicas discretas no se
pueden transmitir en su totalidad en FM estéreo. Otros sistemas cuadrafónicos * tienen sólo dos
canales independientes y son compatibles con FM estéreo.
Hay aún mucho que hablar de la radiodifusión de FM estereofónica; se hará después de
examinar las propiedades de la modulación de portadora, la cual es exponencial.
*
Jurgen (1972) describe las diferentes aproximaciones a la cuadrafonía
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