LA MODULACIÓN
1.Conceptos básicos
Evidentemente, una señal sólo se puede transmitir por un canal que permita la propagación de ese tipo de señales. Así, una señal eléctrica se propaga por medios conductores, una señal acústica necesita un medio material, etc. Sin embargo, no basta con esta adecuación en la naturaleza de la señal y del canal. Además, la señal debe tener unos parámetros adecuados. Un canal transmite bien las señales de una determinada frecuencia y mal otras. El canal ideal es aquél que presenta una respuesta lineal para todas las señales, es decir, que transmite por igual todas las frecuencias.
La modulación intenta conseguir esta adecuación entre señal y canal, de modo que en las transmisiones utilicemos aquellas frecuencias en las que el canal proporciona la mejor respuesta.
El modulador es el dispositivo encargado de efectuar la modulación, que es la operación por la que se pasa de la señal digital que proporciona el emisor a una equivalente analógica que es enviada al receptor. Por su parte, el receptor debe efectuar la operación inversa -demodulación- con el fin de recuperar de nuevo la señal digital original que el emisor se propuso enviarle.
El dispositivo que modula y demodula la señal digital y analógica respectivamente se llama módem.
2. Tipos de modulación
Hemos definido la función y las causas de la modulación, pero la forma concreta de realizarla es muy variable. Existen muchos tipos de modulación, y aquí vamos a exponer los más básicos y comunes:
Modulación lineal o de onda contínua
Ya se ha visto la importancia de las señales sinusoidales en telemática, éstas poseen tres parámetros esenciales: amplitud, frecuencia y fase. Cada uno de estos tres parámetros origina una forma concreta de modulación. A estas modulaciones se les llama lineales o de onda continua.
Modulación en amplitud (ASK)
La técnica de modulación en amplitud utiliza variaciones de la amplitud de la onda portadora para que haciéndolo según la cadencia de la señal digital, posibilite la transmisión de información.
En la modulación en amplitud un 1 binario se representa por una onda sinusoidal de amplitud A dada, mientras que un 0 binario está representado por una señal con amplitud menor que A. Nótese que el resto de los parámetros que definen la onda sinusoidal -frecuencia y fase- permanecen inalterados en el proceso de modulación.
La modulación en amplitud no suele emplearse aisladamente, pues presenta serios problemas de distorsión y de potencia. Normalmente, se utiliza en conjunción con la modulación de fase, aumentando así la eficacia del proceso.
Modulación en frecuencia (FSK)
La técnica de modulación en frecuencia modifica la frecuencia de la señal portadora, según la señal digital que se transmite.
En su forma más intuitiva, la frecuencia alta representará uno de los estados binarios posibles de la señal digital, generalmente el 1, representándose por una señal de frecuencia diferente el estado binario 0.
La ilustración gráfica de este tipo de modulación se representa en la Figura.
Modulación en fase (PSK)
La técnica de modulación en fase utiliza las variaciones de fase de la onda portadora, según la señal digital. Por ejemplo, el bit 1 con fase M y el bit 0 con fase O. Gráficamente la modulación en fase se representa en la Figura.
MODULACIÓN ANALÓGICA CON PORTADORA ANALÓGICA: Se utiliza cuando se desea transmitir la señal analógica a una frecuencia diferente o con un ancho de banda menor. La modulación se puede realizar utilizando cambios de amplitud, frecuencia o fase de la señal portadora.
MODULACIÓN DIGITAL CON PORTADORA ANALÓGICA: Se utiliza cuando se desea transmitir la señal digital por un medio de transmisión analógico. Es la modulación más común y la pueden utilizar los usuarios para el acceso a Internet a través de la red telefónica conmutada.
MODULACIÓN ANALÓGICA CON PORTADORA DIGITAL: Se utiliza cuando se desea transmitir la señal analógica a través de una red digital. Ej transmisión de voz a través de telefonía móvil digital.
Lo más frecuente es que la señal moduladora tenga un ancho de banda y una frecuencia inferior a la señal modulada, con lo que se produce un desaprovechamiento del medio de transmisión.
EL MÓDEM.
Un módem es un dispositivo que acepta datos digitales de una computadora o terminal digital y los convierte en analógicos, más adecuados para la transmisión por las líneas telefónicas. Cuando estas señales se reciben en el receptor son convertidas a su formato digital original.
Tipos de modulación para el módem
Ya hemos visto que existen tres técnicas básicas de modulación lineal que consisten en modular alguno de los tres parámetros básicos de la señal portadora: amplitud, frecuencia o fase, originando las modulaciones AM, FM o PM. Cuando las señales de entrada son una representación de datos digitales y binarios, estos tres tipos de modulación se llaman respectivamente ASK, FSK y PSK.
La modulación ASK suele utilizarse en enlaces por fibras ópticas.
La modulación FSK se emplea normalmente en enlaces asíncronos. Es el sistema ideal para operar a baja velocidad. Sin embargo, tiene una desventaja: el gran ancho de banda que consume.
La modulación PSK es el método más eficiente para transmitir datos binarios en presencia de ruido. La desventaja es que el diseño del emisor y receptor se complica extraordinariamente. Es ideal para comunicaciones síncronas.
Una gran cantidad de módems suelen utilizar la modulación QAM o Modulación de Amplitud en Cuadratura. Es un método bastante eficiente para obtener el máximo rendimiento de un ancho de banda limitado. Esta técnica es una combinación de la modulación en amplitud y fase.
La modulación QAM forma parte de las llamadas modulaciones multibit, que consisten en la emisión de más un bit en cada pulso digital, por ejemplo, codificando varias amplitudes en cada una de las fases permitidas: si cada pulso digital codifica cuatro fases posibles y en cada fase se pueden transmitir dos amplitudes distintas, tendremos que cada pulso lleva una información de una entre ocho posibilidades. El sistema sería equivalente a transmitir tres bits en cada pulso: desde la posibilidad 000(0 decimal) hasta la 111(7 decimal).
Elementos que componen un módem
Un módem se compone de tres circuitos modulares: el circuito de recepción de datos digitales, el circuito de emisión de datos analógicos y una unidad de control del módem. Obviamente, los módulos de entrada y salida son bidireccionales, es decir, el módem acepta datos digitales pero presenta también datos digitales. Lo mismo ocurre con los datos analógicos que intercambia a través de las líneas telefónicas.
Conexión del módem
El módem es un elemento intermedio entre el equipo terminal de datos ETD y la línea telefónica. Por tanto, hay que definir el modo en que el módem se conectará tanto a telefónica como al ETD.
Lo módems se conectan a la línea telefónica a través clavija telefónica. En algunos casos se permite un puente para que no quede interrumpida la línea telefónica y se dé servicio a un teléfono. En este caso la conexión consiste en tender la línea telefónica hasta la entrada telefónica de línea del módem y luego tender otro cable telefónico desde la salida de teléfono del módem hasta el propio teléfono. En cuanto a su conexión con el ETD, se han definido estándares de conectividad. Los más comunes son propuestos por la norma RS-232 o la recomendación V.24, que definen cómo debe ser el interfaz de conexión. A veces se acompaña la norma RS-232 de una letra que indica la revisión de la norma. Por ejemplo, RS-232-C es revisión C de la norma RS-232.
El interfaz RS-232-C
La proliferación de equipos de distintos fabricantes ha causado que éstos hayan tenido que ponerse de acuerdo sobre las normativas de interconexión de sus equipos. Muchas asociaciones de estándares han dictado normas y recomendaciones a las que los diseñadores de dispositivos de comunicación se acogen con el fin de garantizar que los equipos que producen se entenderán con los de otros fabricantes.
Este problema fue resuelto inicialmente por la asociación de estándares EJA con el estándar RS-232, que es el adoptado con más frecuencia para transmisiones serie, especialmente utilizado por gran parte de los módems. El equivalente del CCITT está compuesto por las normas V.24 y V.28, que definen tanto las características eléctricas como las funcionales de la conexión.
Para hacernos una idea aproximada de qué parámetros se definen en estos estándares, vamos a exponer brevemente un resumen de sus características eléctricas:
Las señales han de ser binarias y sin balancear.
La tensión no debe superar los 25 voltios en circuito abierto.
La tensión de utilización del equipo puede ser positiva («0» lógico) o negativa («1» lógico) y su valor está entre los 5 y los 15 voltios.
En el caso de cortocircuito, la intensidad eléctrica no debe superar los 0,5 amperios.
La resistencia de carga debe ser superior a 3.000 ohmios y no debe sobrepasar los 7.000 ohmios.
La capacidad de carga debe ser inferior a 2.500 picofaradios (pF).
Como se puede observar, con estas especificaciones los fabricantes pueden construir sus equipos teniendo la seguridad de que la interconexión está garantizada.
Entre las características funcionales se mencionan los distintos tipos de circuitos eléctricos que componen el interfaz. La norma define conectores con 25 pines (Figura ), cada uno de los cuales define un circuito, que se conectará de modo distinto según las aplicaciones, pero la más común es la que aparece en la Figura. También se pueden encontrar conectores de 9 pines (Figura), en los que se han mantenido las líneas más utilizadas en las comunicaciones usuales. Los principales son los siguientes:
DTR, Dala Terminal Ready: terminal de datos preparado. Esta señal es enviada inicialmente por el terminal al módem para informarle de que está preparado para intervenir en una comunicación.
DSR, Dala Set Ready: módem preparado. A continuación el módem activa esta línea y se la envía al terminal para indicarle que el módem también está listo.
RTS, Requesí To Send: petición de emisión. Una vez que el terminal y el módem están listos, si el ETD necesita enviar datos, envía al módem la señal RTS para informarle.
CD, CarrierDetected: detección de portadora. Cuan-do el módem lee la señal RTS que el terminal le envía, dispara los circuitos de enlace de línea enviando al módem remoto una señal portadora. Éste activa entonces la señal CD y así avisa al terminal próximo de que el módem remoto está listo para recibir datos.
CTS, Clear To Send: listo para transmitir. Es una señal que envía el módem al terminal para indicarle que está listo para aceptar datos, puesto que ya tiene enlace por la línea telefónica ya que anteriormente recibió un CD.
TD, Transmil Dala: transmisión de datos. Esta línea es el canal por el que viajan en serie los bits del emisor.
RD, Receive Dala: recepción de datos. Los datos emitidos por el emisor se reciben en el receptor por la línea RD.
TC, Transmil Clock: transmisor de reloj. En el caso de las comunicaciones síncronas se tiene que enviar una señal de reloj para mantener la sincronización y se hace por esta línea.
RC, Rece¡ve Clock: receptor de reloj. La señal TC se recibe por la línea RC.
GND, Ground: tierra protectora. Es la línea que sirve para unificar las tierras de emisor y receptor.
SGND, Signal Ground: tierra señal de referencia. Establece el mv el de tensión de referencia para poder distinguir los valores de cada uno de los bits.
RS-232 no es la úmca norma de conexión. Otras normas conocidas son la RS422 y la RS-423, que tienen sus equivalentes en las recomendaciones del CCITT V.11 y v.10.
Otro estándar muy extendido en conexión de módems es la norma V.35 pará transmisiones de datos a 64 Kbps. Define un conector de 34 pines para conexión de DTE y módems con portadoras digitales de alta velocidad.
Otro estándar muy extendido en conexión de módems es la norma V.35 pará transmisiones de datos a 64 Kbps. Define un conector de 34 pines para conexión de DTE y módems con portadoras digitales de alta velocidad.
