2.9: Resumen

Todos los métodos de modulación modernos impresionan la información sobre una portadora sinusoidal que está a una frecuencia lo suficientemente alta como para que pueda transmitirse fácilmente. Existen muchas técnicas de modulación con la elección de cuál usar en función de la tecnología disponible para implementar el esquema de modulación, la tolerancia del esquema de modulación a la interferencia, la eficiencia con la que el esquema de modulación usa el espectro EM y la cantidad de energía de CC consumida. En las comunicaciones militares también es importante que un esquema de modulación produzca una señal similar al ruido que sea difícil de detectar e interceptar.

Los primeros esquemas de modulación ampliamente adoptados produjeron pulsos simples como los utilizados en la telegrafía inalámbrica. La tolerancia a la interferencia se logró a través de la transmisión relativamente lenta de bits, y por lo tanto la redundancia. Se transmitió más información cuando se introdujo la modulación de amplitud para superponer la voz en una portadora. Con este esquema, la interferencia siempre fue un problema, y una vez que la interferencia apareció en una señal no se pudo eliminar ni suprimir. El primer avance significativo en las técnicas de modulación fue la invención de la modulación de frecuencia. En este esquema, una señal moduladora analógica de banda estrecha (por ejemplo, voz) se convirtió en una señal de RF modulada en frecuencia de banda relativamente ancha. Cuando la señal modulada fue recibida y desmodulada, el ancho de banda amplio de la señal modulada se colapsó a la señal de modulación de banda relativamente estrecha original. El proceso de demodulación combinó componentes correlacionados de la señal modulada y los componentes no correlacionados, ruido e interferencia, fueron suprimidos.

La introducción de la modulación digital fue un avance significativo en la supresión de interferencias. Ahora se estaba transmitiendo información digital, y los errores en los datos causados por la interferencia y el ruido serían completamente inaceptables. La solución fue incrustar códigos correctores de errores en los datos para que si se perdiera un número manejable de bits en la señal transmitida, los datos originales aún pudieran recuperarse por completo. Como resultado, la radio digital (usando modulación digital) podría ser utilizada en situaciones con aún más distorsión de la que era aceptable en radio analógica (usando modulación analógica). Si la interferencia es baja, entonces los sistemas inalámbricos de hoy en día utilizan conmutación de modulación de orden superior a modulación de orden inferior (y menos eficiente espectralmente) cuando es necesario para hacer frente a una interferencia más alta.

Se utilizan varias métricas importantes para proporcionar una medida de las características de la señal. El factor de cresta, la relación pico a promedio y la relación de potencia envolvente pico a media (PMEPR) son indicadores de cuánto cuidado se debe dar al diseño de circuitos no lineales, especialmente al diseño de amplificadores y mezcladores. Los amplificadores deben operar para que la señal de pico se amplifique con una distorsión mínima. Es la señal pico la que determina la potencia de CC consumida por un amplificador. Sin embargo, la potencia de salida de RF promedio de un extremo frontal de RF se determina por la media de la envolvente. Por lo tanto, una señal PMEPR alta resultará en una menor eficiencia del amplificador.

Muchas de las técnicas descritas en este capítulo para modular y demodular señales de RF se presentaron como técnicas de circuito. Sin embargo, muchos teléfonos modernos admiten múltiples estándares y la implementación de hardware requeriría múltiples copias de versiones similares de circuitos analógicos. Hoy en día es más rentable realizar la mayoría de las operaciones en una unidad DSP. La mayoría de las veces la realización de DSP está cerca de la implementación de hardware. Un ejemplo es la recuperación de portadores. Para señales de comunicación de banda estrecha en comunicadores inalámbricos, la recuperación de portadoras se puede realizar usando una implementación digital de los conceptos descritos para los circuitos de recuperación de portadora de hardware. Si bien es más eficiente en cuanto a energía implementar muchas de las técnicas en hardware, la necesidad de soportar múltiples estándares ha requerido la reconfigurabilidad del software disponible con una unidad DSP. El enfoque que se utiliza es la decisión del diseñador de sistemas de RF, un ingeniero experimentado con una rica experiencia en tecnologías inalámbricas. Por lo tanto, es importante que el aspirante y practicante ingeniero de RF tenga una perspectiva amplia de los circuitos de RF y de la teoría de las comunicaciones. De ahí el énfasis de este libro en un enfoque de sistemas para el diseño de RF y microondas.

La modulación de frecuencia y el método de modulación PM similar se utilizaron en la radio celular analógica 1G. Con la adición de AM, los tres esquemas son las bases de toda la radio analógica. La radio celular digital comenzó con 2G y hubo dos tipos de radios celulares 2G con el sistema GSM usando modulación GMSK, un tipo de modulación FSK, y el sistema NADC usando modulación\(π/4\) -DQPSK. Los dos sistemas 2G eran incompatibles. La radio celular 3G utilizó dos tipos de modulación QPSK, uno para el enlace ascendente desde el teléfono a la estación base, y otro desde la estación base a un teléfono. Los sistemas 1G-3G implementaron la mayoría de las funciones de modulación y demodulación en hardware analógico. Con la radio celular 4G y 5G se admite una gran cantidad de esquemas de modulación eligiendo un orden de modulación tan alto como lo permitan las condiciones del canal. La mayor parte de la modulación y demodulación en 4G y 5G se implementan en DSP con solo la traducción hacia y desde la señal de radiofrecuencia implementada en hardware analógico.