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UNIDAD III MODULACION
TÉCNICAS DE MODULACIÓN ANALÓGICA: MODULACIÓN EN AMPLITUD (AM) Y
MODULACIÓN EN FRECUENCIA (FM).
Importancia de la Modulación
Definiciones:
"La modulación es la alteración sistemática de una onda portadora de acuerdo con el mensaje (señal
modulada) y puede ser también una
codificación"
"Las señales de banda base producidas
por diferentes fuentes de información no
son siempre adecuadas para la
transmisión directa a través de un a canal
dado. Estas señales son en ocasiones
fuertemente modificadas para facilitar su
transmisión."
Una portadora es una senoide de alta
frecuencia, y uno de sus parámetros (tal
como la amplitud, la frecuencia o la fase)
se varía en proporción a la señal de banda
base s(t). De acuerdo con esto, se obtiene
la modulación en amplitud (AM), la
modulación en frecuencia (FM), o la
modulación en fase (PM). La siguiente
figura muestra una señal de banda base
s(t) y las formas de onda de AM y FM
correspondientes. En AM la amplitud de la
portadora varia en proporción a s(t), y en
FM, la frecuencia de la portadora varia en proporción a s(t).
Es interesante hacer hincapié en que muchas formas de comunicación no eléctricas también
encierran un proceso de modulación, y la voz es un buen ejemplo. Cuando una persona habla, los
movimientos de la boca ocurren de una manera más bien lenta, del orden de los 10 Hz, que
realmente no pueden producir ondas acústicas que se propaguen. La transmisión de la voz se hace
por medio de la generación de tonos portadores, de alta frecuencia, en las cuerdas vocales, tonos
que son modulados por los músculos y órganos de la cavidad oral. Lo que el oído capta como voz,
es una onda acústica modulada, muy similar a una onda eléctrica modulada.
¿Porque se modula?
Existen varias razones para modular, entre ellas:
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Facilita la PROPAGACIÓN de la señal de información por cable o por el aire.
Ordena el RADIOESPECTRO, distribuyendo canales a cada información distinta.
Disminuye DIMENSIONES de antenas.
Optimiza el ancho de banda de cada canal
Evita INTERFERENCIA entre canales.
Protege a la Información de las degradaciones por RUIDO.
Define la CALIDAD de la información trasmitida.
¿Qué tipos de modulación existen?
Existen básicamente dos tipos de modulación: la modulación ANALÓGICA, que se realiza a partir de
señales analógicas de información, por ejemplo la voz humana, audio y video en su forma eléctrica
y la modulación DIGITAL, que se lleva a cabo a partir de señales generadas por fuentes digitales, por
ejemplo una computadora.
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Modulación Analógica: AM, FM, PM
Modulación Digital: ASK, FSK, PSK, QAM
¿Cómo afecta el canal a la señal?
Depende del medio o canal, ya que hay unos mejores que otros, aunque también depende del tipo
de modulación y aplicación.
Los principales efectos que sufre la señal al propagarse son:
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Atenuación
Desvanecimiento
Ruido Blanco aditivo
Interferencia externa
Ruido de fase
Reflexión de señales
Refracción
Difracción
Dispersión
¿Qué relación existe entre la modulación y el canal?
El canal influye fuertemente en la elección del tipo de modulación de un sistema de comunicaciones,
principalmente debido al ruido.
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CANAL: Ruido, Distorsión, Interferencia y Atenuación.
MODULACIÓN: Inmunidad al ruido, Protege la calidad de la información, Evita interferencia.
TÉCNICAS DE MODULACIÓN DIGITAL: MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE
AMPLITUD (ASK), MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK),
MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK) Y MODULACIÓN DE AMPLITUD
EN CUADRATURA (QAM).
Modulación ASK:
La amplitud de la onda es alterada de
acuerdo con la variación de la señal de
información. Exige un medio en que la
respuesta de amplitud sea estable, ya que
este tipo de modulación es bastante sensible
a ruidos y distorsiones.
Modulación FSK:
Consiste en un procedimiento de 2 osciladores con Frecuencias Diferentes para dígitos 0 y 1.
Normalmente es usada para transmisión de datos en bajas velocidades y puede ser:
Coherente: Donde no ocurre variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor.
No Coherente: Donde puede ocurrir variación de fase de la portadora para dígitos del mismo valor.
Modulación PSK:
Consiste en un procedimiento de la onda portadora en función de un bit de dato (0 , 1). Un bit 0
corresponde a la fase 0 ; en cuanto al bit 1 , corresponde a la fase g .
Por tanto , este ángulo está asociado con un dato al ser transmitido y con una técnica de codificación
usada para representar un bit.
Modulación DPSK:
Variación de la modulación PSK, que tiene como característica un procedimiento de la fase de
acuerdo con un dígito a ser transmitido.
CONVERSIÓN ANALÓGICO – DIGITAL: MUESTREO, CUANTIZACIÓN Y CODIFICACIÓN.
CONVERSION ANALOGICO-DIGITAL (ADC, Analogic to Digital Conversion)
La conversión Analógico-Digital consta de varios procesos:
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Muestreo
Cuantización
Codificación
Muestreo
Toda la tecnología digital (e.g. audio, video) está basado en la técnica de muestreo (sampling en
inglés). En música, cuando una grabadora digital toma una muestra, básicamente toma una
fotografía fija de la forma de onda y la convierte en bits, los cuales pueden ser almacenados y
procesados. Comparado con la grabación analógica, la cual está basada en registros de voltaje como
patrones de magnetización en las partículas de óxido de la cinta magnética. El muestreo digital
convierte el voltaje en números (0s y 1s) los cuales pueden ser fácilmente representados y vueltos
nuevamente a su forma original.
Razón de muestreo
La frecuencia de muestreo de una
señal en un segundo es conocida
como razón de muestreo medida
en Hertz (Hz).
1 Hz = 1/seg
La razón de muestreo determina el
rango de frecuencias [ANCHI DE
BANDA] de un sistema. A mayores
razones de muestreo, habrá más
calidad o precisión.
Por ejemplo en audio digital se
usan las siguientes razones de
muestreo:
24,000 = 24 kHz - 24,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/24,000 de segundo.
30,000 = 30 kHz - 30,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/30,000 de segundo.
44,100 = 44.1 kHz - 44,100 muestras por segundo. Una muestra cada 1/44,000 de segundo.
48,000 = 48 kHz - 48,000 muestras por segundo. Una muestra cada 1/48,000 de segundo.
Una señal de audio muestreada a 48 KHz tiene una mejor calidad [el doble], que una señal
muestreada a 24 KHz. Pero, una señal muestreada a 48 KHz, ocuparía el doble del ancho de banda
que la de 24 KHz. Por lo que si queremos mayor calidad, lo perdemos en ancho de banda. Cuando
bajan archivos en Internet MP3 por ejemplo, éstos tienen diferentes calidades, un archivo MP3 de
mejor calidad, ocupará mayor espacio en disco.
La calidad de un disco compacto [CD] equivale un muestreo de 44.1 KHz a 16 bits, éste es el estándar.
Si decimos que los archivos MP3 tienen calidad de CD, es que están muestreados a 44.1 KHz a 16
bits.
Una última pregunta!
¿Qué razón de muestreo es la suficiente para que al ser digitalizada una señal analógica y al realizar
el proceso contrario, digital-analógico, la señal sea idéntica [o casi idéntica] a la original?
La respuesta es el Teorema de Nyquist....
Cuantización:
Es el proceso de convertir valores continuos [e.g voltajes] en series de valores discretos.
Por ejemplo el audio digital [e.g. MP3, WAV, etc] tienen dos características bien importantes, el
muestreo (tiempo) y la cuantización (nivel).
Mientras que el muestreo representa el tiempo de captura de una señal, la cuatización es el
componente amplitud del muestreo. En otras palabras, mientras que el muestreo mide el tiempo
(por instancia 44,100 muestras por segundo), la cuantización es la técnica donde un evento
analógico es medido dado un valor numérico.
Para hacer esto, la amplitud de la señal de audio es representada en una serie de pasos discretos.
Cada paso está dado entonces por un número en código binario que digitalmente codifica el nivel
de la señal. La longitud de la palabra determina la calidad de la representación. Una vez más, una
palabra más larga, mejor la calidad de un sistema de audio (comparando una palabra de 8 bits con
una de 16 bits o 32 bits) (ver figura).
El bit de resolución de un sistema define el rango dinámico del sistema. 6 dB es ganado por cada bit.
Por ejemplo:
8 bits equivale a 256 estados = 48 dB (decibeles)
16 bits equivalen a 65,536 estados = 96 dB.
Entonces, se debe de tomar muestras a tiempos menores y se debe de cuantizar a mayores niveles
(bits), si sucede lo contrario suceden errores de cuantización.
Codificación
La codificación es la representación numérica de la cuantización utilizando códigos ya establecidos
y estándares. El código más utilizado es el código binario, pero también existen otros tipos de
códigos que son empleados.
MODEM, ESTÁNDARES Y PROTOCOLOS
Una información compuesta de bits, estados eléctricos binarios 1 y 0, no puede ser transmitida a
grandes distancias. Para que la transmisión sea posible es necesario emplear un medio que posibilite
la transferencia de los datos.
Para transferir un carácter hay que modular una onda portadora según el estado eléctrico del bit 1
ó O. Al dispositivo capaz de modular la portadora en función de los bits que le entrega a la
computadora lo llamaremos módem.
El modem
El módem permite cambiar en el tiempo las características
de una onda electromagnética en función de los valores
binarios de la información a transmitir. Posibilita así la
transmisión o la recepción a grandes distancias, ya que la
información, después que el módem la haya modulado, viaja
por la red telefónica. Los módems son periféricos tanto de
entrada como de salida. Generalmente, se utilizan como
receptores o transmisores en las comunicaciones entre
computadoras y sus terminales, o entre los terminales de
una computadora y los de otra.
La palabra módem está formada por los prefijos de las palabras modulador/demodulador.
El modulador se encarga de recoger las señales digitales (caracteres binarios) y convertirlas en
señales analógicas capaces de ser transmitidas por línea telefónica. El demodulador es el que realiza
la operación inversa; es decir, transforma las señales analógicas en señales digitales capaces de ser
interpretadas por la computadora.
Supongamos que tenemos una computadora conectada con un módem, y queremos transmitir una
serie de datos por vía telefónica a otra computadora que a su vez estará conectada con otro módem.
La información podrá viajar en los dos sentidos.
Si por ejemplo, transmitimos información a una computadora 1 a otra computara 2, un módem A
puede actuar como modulador y otro B como demodulador, y cuando hacemos la operación inversa,
es decir, transmitimos información de la computadora 2 a la 1, el módem B actúa como modulador
y el A actúa como demodulador.
El módem también puede realizar otras funciones de control como la de supervisar que la recepción
y transmisión de datos se efectúe correctamente.
Al realizar la conexión de un módem a una computadora todos los datos relativos a la transmisión
de información deben coincidir tanto en la computadora como en el módem.
“Los Módems digitales no ejecutan exactamente una modulación, sino una especie de codificación
de una señal que difiere mucho en relación a una señal analógica generada por los Módems
analógicos.”
Estándares utilizados por los Modem
Los protocolos de transmisión son utilizados para coordinar el proceso de envío y recepción de datos
y también influyen decisivamente en las velocidades que se pueden alcanzar. De manera similar, la
estandarización de protocolos y métodos de conexión permiten la comunicación entre módems de
diversas marcas y modelos.
Ambos módems en los extremos del circuito de comunicación deben de soportar cuando menos el
mismo protocolo que se utiliza durante la comunicación.
Estándares
Estándar
V.17
V.21
V.22
V.22bis
V.23
V.25
V.26
bps
14.400
300
1.200
2.400
600/1.200
2.400
Descripción
Para transmisiones Fax a través de la línea telefónica
Transmisión de datos por líneas telefónicas
Transmisión de datos por líneas telefónicas y líneas
dedicadas
Transmisión de datos por líneas telefónicas dedicadas
Transmisión de datos por líneas telefónicas y dedicadas.
Estándar para llamada y contestación automática.
Transmisión de datos por líneas dedicadas.
V.26bis
V.26ter
V.27
V.27bis
V.27ter
V.29
V.32
V.32bis
1.200/2.400
2.400
4.800
2.400/4.800
2.400/4.800
9.600
9.600
14.400
V.32ter
V.33
V.34
19.200
14.400
28.800
V.35
V.42
48.000
57.600
V.42bis
56.600
V.90
56.600
Transmisión de datos por líneas telefónicas
Transmisión de datos por línea telefónica y dedicada
Transmisión de datos por línea dedicada.
Transmisión de datos por línea dedicada.
Transmisión de datos por línea telefónica.
Transmisión de datos por línea dedicada.
Transmisión de datos por línea telefónica.
Transmisión de datos por línea telefónica utilizando
comunicación síncrona
Se comunicará sólo con otro V.32ter.
Transmisión de datos por línea dedicada.
Transmisión de datos por línea telefónica con la
posibilidad de bajar la velocidad cuando haya problemas
con la línea
Transmisión de datos por línea dedicada
Compatible con versiones de V.módems anteriores.
Estándar con corrección de errores en líneas ruidosas
Comprensión de datos 4:1 para transferencias de alta
velocidad
Estándar de módem a 56K; resolvió la competencia para
los estándares entre los estándares U.S. Robotics X2 y
Rockwell K56 Flex.
Velocidad de transmisión de datos
1.- Internet Protocol (IP)
El protocolo IP es uno de los protocolos fundamentales de Internet. En el modelo OSI pertenece a
la denominada subcapa de transporte dentro de la capa de Red. Absolutamente todas las
aplicaciones de Internet deben usar este protocolo cuya especificación está contenida en RFC 791.
Entre sus responsabilidades se encuentra fragmentar los datos a transmitir que han sido recibidos
de la capa superior (de Transporte) en trozos denominados datagramas IP. Estos datagramas son
entregados a la capa inferior (de Enlace) donde son empaquetados en cuadros ("Frames") y
entregados a la capa que se encarga de controlar el medio físico sobre el que se efectúa la
transmisión (capa Física). El proceso es exactamente inverso para los paquetes recibidos.
Otra responsabilidad de este protocolo es decidir el camino más adecuado para los datagramas en
caso que haya más de uno disponible. Esto es conocido como enrutado ("Routing").
Una característica distintiva de éste protocolo es que cada paquete es enviado como si fuese una
entidad independiente de las demás. De forma que IP no mantiene ningún control sobre los detalles
de la conexión entre las máquinas que dialogan (el cliente y el servidor). Tampoco garantiza que la
transmisión se realice con éxito. Esta función es encomendada a otros protocolos de la cadena.
2. - Internet Control Message Protocol (ICMP)
Es un protocolo que podíamos denominar "auxiliar" de la transmisión, ya que está más orientado a
la calidad de la transmisión que a la transmisión en sí misma. Es responsable de generar mensajes
cuando ocurren errores en la transmisión. También puede generar mensajes de prueba e
informativos sobre la transmisión, incluyendo un modo especial de eco que puede manejarse
mediante PING ("Packet Internetwork Goper" Ap.C)
3. - Internet Group Management Protocol (IGMP)
El protocolo IGMP funciona como una extensión del protocolo IP. Se emplea para realizar IP
multicast, es decir, cuando el envío de datos a una dirección IP puede alcanzar múltiples servidores
de una red y/o a todas las máquinas de una subred. Además de utilizarse para pasar información
se utiliza para establecer los miembros de la red, pasar información de los miembros y establecer
rutas. Otros muchos protocolos hacen uso de las funciones IGMP dentro de sus especificaciones.
4. - Gateway-to-Gateway Protocol (GGP)
5. - Transmission Control Protocol (TCP)
6. - Exterior Gateway Protocol (EGP)
7. - Interior Gateway Protocol (IGP)
8. - User Datagram Protocol (UDP)
Protocolo para transmisiones que pueden permitirse ciertos errores (pérdida de paquetes) a cambio
de un incremento en la velocidad. Es aplicado en transmisiones de Video en tiempo real (por
ejemplo RealPlayer) que ignora los marcos erróneos y en otras comunicaciones Internet como DNS.
Ofrece mucho menos control que TCP, por lo que también ha sido descrito como "Unreliable
Datagram Protocol". No puede garantizar el orden de llegada de los paquetes ni tampoco la llegada
en sí, sin embargo garantiza menor tiempo de respuesta que TCP. Está descrito en RFC 768.
9. - Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Este protocolo permite simplificar la administración de grandes redes IP, permitiendo que los
equipos individuales de una red puedan obtener sus datos de configuración desde un servidor
especial (servidor DHCP), en especial en aquellas redes en las que no se tiene información exacta
sobre los equipos individuales hasta que estos no recaban la información. Es el caso típico de
muchos proveedores de servicios de Internet (ISPs) y de redes a las que se conectan portátiles o
empleados de forma remota.
10.- HiperText Transfer Protocol (HTTP)
Es el protocolo utilizado para transmitir las páginas Web escritas en lenguaje de marcas de
hipertexto HTML ("Hyper Text Markup Languaje" 5.2).
11. - Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
Protocolo encargado de transmitir los mensajes de correo de un servidor a otro. Una vez que los
mensajes están en el servidor de destino se utiliza otro protocolo (POP) para llevarlo a la máquina
del cliente final.
12.- Post Office Protocol (POP)
Es el protocolo que permite a un usuario leer el correo que llega a su servidor. Es un protocolo para
las comunicaciones Servidor a Usuario. No confundir con SMTP que es un protocolo para
transmisiones entre servidores.
Existen tres versiones: POP, POP2, y POP3. Cuando recibimos un e-mail queda almacenado en el
servidor hasta que conectamos con él mediante el cliente de correo (un programa) y nos
autentificamos (proporcionamos un nombre de usuario y contraseña correctos). Después de esto
POP es utilizado para transferir los datos desde el servidor al buzón de correo entrante de nuestra
propia máquina. Eventualmente una vez recibida la copia es posible ordenar al servidor que borre
los ficheros originales.
Existe otro protocolo que permite manejar el correo en el servidor. Es IMAP (ver), cuya diferencia
fundamental con POP es que este último se limita a pasar los mensajes al cliente autenticado,
mientras que IMAP pone el control del correo electrónico en manos del servidor.
POP3S es el protocolo de cifrado POP3 mediante SSL ("Secure Sockets Layer").
Nota: SSL es un protocolo propuesto en 1994 por Netscape Communications junto con la primera
versión de su navegador Navigator. A pesar de que últimamente se le han encontrado algunas
vulnerabilidades, es la opción implantada en la mayoría de servidores Web que requieren sistema
de seguridad. Por ejemplo, servicios de comercio o correo electrónico seguros o controlar accesos
a servicios de pago basados en la Web. Utiliza un sistema de cifrado y descifrado de datos RSA de
clave pública. Más información en: 6.4 Cifrado y firmas digitales. N.14 El sistema RSA y los intentos
para descifrarlo. N.17 La seguridad del Sistema RSA; estado de la cuestión.
13.- File Transfer Protocol (FTP)
El protocolo FTP es uno de los más utilizados en Internet, ya que permite transferir ficheros entre
dos máquinas utilizando una conexión Internet. El protocolo dispone de una serie de formas
estandarizadas por las que una máquina remota puede crear y cambiar directorios en la máquina
local, así como transferir, copiar, mover y borrar ficheros. En realidad FTP utiliza comandos de texto
plano para indicar las diversas órdenes, pero existen multitud de programas que simplifican su
utilización mediante una interfaz gráfica en la que las operaciones de transferencia se reducen a
procesos de cortar y pegar y en las que recorrer el árbol de directorios de la máquina remota es tan
fácil como utilizar el navegador en la propia máquina.
14. - Point to Point Protocol (PPP)
Un protocolo utilizado para enviar paquetes punto-a-punto sobre líneas serie. Es uno de los más
utilizados, ya que soporta las comunicaciones sobre líneas telefónicas a través de módem (el módem
utiliza una conexión serie). Permite utilizar sobre él otros protocolos de más alto nivel (más cercanos
a la capa de Aplicación), como IPX/SPX y TCP/IP. Cuando la comunicación es a través de línea
telefónica, pero en vez de ser convencional (RTB) es ADSL (7.2), se utiliza una variedad denominada
PPPoE (PPP over Ethernet).
PPP también puede ser utilizado sobre conexiones de red distintas de las telefónicas. Windows lo
instala cuando se instala un módem o servicio de RAS [2]. Una versión antigua de este protocolo
que se utilizaba exclusivamente para conectar a servidores Unix de acceso remoto se denomina SLIP
("Seriar Line IP").
15. - Network News Transfer Protocol (NNTP)
Este protocolo, Creado en 1986 Kantor y Lampsley y descrito en RFC 977, es utilizado para distribuir
en Internet un tipo especial de mensajes denominados noticias ("News") entre unas máquinas
configuradas como servidores y los clientes (los lectores de las noticias). El sistema constituye un
servicio que transfiere diariamente millones de mensajes clasificados por temas denominado
Usenet (8.4), y cuya importancia en cuanto a la comunicación de ideas y opiniones es solo
comparable al servicio de e-mail.
El formato de las noticias (muy parecido al de e-mail), fue definido en RFC 850 por Mark Horton. La
versión actual está descrita en RFC 1036. Su diferencia conceptual más importante respecto al email es que en éste, el mensaje es accesible únicamente por su destinatario, mientras que los
mensajes de Usenet aparecen en un tablón de anuncios accesible por todos.
NNTP proporciona distribución, consulta, recuperación y exposición de "News" mediante el uso de
una transmisión confiable basada en secuencias de noticias relacionadas. NNTP está diseñado de
forma que las noticias se almacenan en una base de datos centralizada en un servidor, de manera
que los usuarios pueden seleccionar elementos específicos que leer. También se proporciona
indización, las referencias cruzadas y la caducidad de mensajes antiguos.
16.- Protocolos de encaminamiento
Son utilizados por herramientas auxiliares cuyo fin último es construir las tablas de ruta de los
encaminadores ("Routers"). Esta función puede ser realizada manualmente en caso de redes
pequeñas, pero es una tarea muy ardua en caso de redes medianas, e imposible en caso de redes
extensas (Internet), ya que la tabla de ruta depende de la topología de la red, y esta puede cambiar
con relativa frecuencia. Por esta razón, los routers utilizan algoritmos que realizan el análisis de
forma automática intercambiando información con otros routers.
Existen varios de estos protocolos según se trate de construir las tablas de redes privadas o externas
(Internet). Los primeros son denominados protocolos de enrutamiento interno, el más importante
de los cuales es RIP ("Routing Information Protocol") definido en la RFC 1058. Sin embargo es
bastante ineficiente porque exige a los routers intercambiar periódicamente tablas completas.
Actualmente está siendo reemplazado por OSPF ("Open Shortest Path First") definido en RFC 1583
que es más eficiente.