Sesión 5: Modulación y Demodulación Digital

Transmisión de información binaria sobre canales analógicos.

📚 Contenido de la Sesión

1. Introducción 2. Modulación ASK

1. Introducción a las Comunicaciones Digitales

Hasta ahora hemos estudiado cómo transmitir señales analógicas (voz, música) sobre portadoras analógicas (AM, FM). Sin embargo, el mundo moderno es digital. Los ordenadores, smartphones y la mayoría de sensores hablan en bits (0s y 1s). La Modulación Digital es el arte de "esconder" estos bits dentro de una onda analógica para que puedan viajar por el aire, cables o fibra óptica.

🖥️📡

Infraestructura Digital

Desde los cables submarinos hasta los centros de datos masivos, toda la infraestructura de internet depende de modulaciones digitales ultrarrápidas (QAM, PSK, OFDM) para mover terabits de información por segundo.

📡 Aplicaciones Clave

  • Wi-Fi (802.11): Utiliza OFDM y QAM para alta velocidad.
  • Telefonía Móvil (4G/5G): Modulaciones adaptativas complejas para maximizar el uso del espectro.
  • Fibra Óptica: Pulsos de luz modulados digitalmente cruzan continentes.
  • Bluetooth: Salto de frecuencia (FHSS) y GFSK para robustez a corta distancia.

⚖️ Ventajas frente a Analógico

  • Inmunidad al Ruido: Es más fácil distinguir un '0' de un '1' que reproducir un voltaje exacto.
  • Corrección de Errores: Podemos añadir bits extra para detectar y corregir fallos.
  • Encriptación: Seguridad nativa en la transmisión.
  • Compresión: Enviar más información en menos ancho de banda.

2. Modulación por Desplazamiento de Amplitud (ASK)

La forma más intuitiva de enviar bits es encendiendo y apagando la portadora, similar al código Morse. En ASK (Amplitude Shift Keying), la amplitud de la señal portadora alterna entre dos o más niveles para representar los símbolos binarios.

Onda ASK

Ejemplo de ASK binaria (OOK: On-Off Keying). El bit '1' activa la portadora, el '0' la apaga.

🚀 Abrir Simulador ASK

📉 Espectro y Ancho de Banda

Espectro ASK

El espectro de una señal ASK es fundamentalmente la portadora convolucionada con el espectro de un pulso rectangular (sinc).

  • Ancho de Banda (Primer Nulo): \( BW \approx 2R_b \)
  • Donde \(R_b\) es la velocidad de bits (bps).
  • Es poco eficiente espectralmente, ya que ocupa mucho ancho de banda para la información que transmite.

🛡️ Inmunidad al Ruido

ASK es modulación analógica en amplitud, por lo que hereda sus debilidades.

  • Sensibilidad: El ruido aditivo (AWGN) afecta directamente a la amplitud.
  • Decisión Difícil: Si el ruido se suma a un '0', puede parecer un '1', causando errores de bit.
  • Por esto, ASK no se usa para largas distancias, pero es excelente para fibra óptica corta o mandos a distancia (sencillez).

🔍 Reto: Intérprete de Osciloscopio

Analiza la siguiente captura de una señal ASK en el osciloscopio y determina las frecuencias.

CH1: 1V/div M: 50µs/div T_c T_bit (4 div) T_mod (8 div)

40 kHz

5 kbps (T_b = 200µs)