2.1: Introducción

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La mayoría de los sistemas de comunicación por radio superponen información que varía lentamente en una portadora sinusoidal que se transmite como una señal de radiofrecuencia (RF). Esta señal de RF modulada es enviada a través de un medio, generalmente aéreo, por un transmisor a un receptor. En el transmisor la información se representa inicialmente en lo que se denomina banda base. El proceso de transferencia de información de banda base a la onda portadora de frecuencia mucho más alta se llama modulación. La mayoría de los esquemas de modulación varían lentamente la amplitud y/o fase de una forma de onda portadora sinusoidal. En el receptor el proceso se invierte usando demodulación para extraer la información de banda base del estado variable, tal como la amplitud y/o fase, de la portadora modulada.

La radio ha evolucionado sujeta a limitaciones impuestas por consideraciones políticas, hardware y compatibilidad. Los nuevos esquemas generalmente deben ser compatibles y coexistir con esquemas anteriores. En este capítulo se analizan los muchos esquemas de modulación diferentes que se utilizan en las radios. Casi todos los esquemas de modulación son compatibles con radios modernas como las radios celulares 4G y 5G, y muchos son compatibles con WiFi. A veces esto es para brindar soporte para radios heredadas mientras que en otras situaciones se usan porque los formatos de modulación más simples toleran mayores niveles de interferencia. De hecho, el nivel de tan-

Figura\(\PageIndex{1}\): AM que muestra la relación entre la portadora y la envolvente de modulación: (a) portadora; y (b) portadora modulada en\(100\%\) amplitud.

La fisticación de los métodos de modulación puede necesitar cambiarse frecuentemente para adaptarse a diferentes entornos de interferencia. Los esquemas de modulación analógica heredados y los esquemas de modulación digital más simples fueron adecuados para el hardware relativamente poco sofisticado de años pasados. Los esquemas de modulación de alto orden permiten enviar muchos bits digitales en cada hertz de ancho de banda y solo son posibles debido a la evolución del procesamiento de señales digitales y a los avances en la electrónica digital de alta densidad y baja potencia.

La Sección 2.2 introduce algunas de las métricas que se utilizan para comparar los esquemas de modulación y la Sección 2.3 introduce la modulación. La sección 2.4 describe la modulación analógica. Luego, la Sección 2.5 describe la modulación digital seguida de secciones que tratan los detalles de diversos métodos de modulación digital: modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) en la Sección 2.6; modulación por desplazamiento de fase (PSK) en la Sección 2.8; y modulación de amplitud en cuadratura (QAM) en la Sección 2.9. Antes de la discusión de PSK se discute un concepto llamado recuperación de portadora en la Sección 2.7 ya que la necesidad de hacerlo estaba detrás del desarrollo de una variedad de esquemas de modulación PSK. A esto le sigue una discusión de las métricas que se pueden utilizar para cuantificar la interferencia y distorsión de las señales moduladas.

La modulación, así como las arquitecturas y circuitos de hardware para modular y demodular señales de radio, se presentan en gran parte en tres capítulos. Hay una superposición de estos temas pero la modulación en sí misma se limita en gran medida a este capítulo, aunque necesariamente se deben introducir algunos conceptos de arquitectura para comprender la evolución de los esquemas de modulación. El siguiente capítulo, Capítulo 3, se centra en arquitecturas y circuitos esenciales para moduladores y demoduladores.