Vamos a empezar desde el principio. Hay una sutil diferencia entre transmitir señales y transmitir información. Cuando decimos señal transmitida, asumimos que la señal transporta información, pero fundamentalmente, podemos transmitir una señal sin información. Después de todo, ¡la electricidad que llega a nuestros hogares es una señal!
Usamos principalmente ondas electromagnéticas para enviar señales. Este es el caso si estamos transmitiendo de forma inalámbrica, a través de un canal óptico o a través de un cable. Pero, ¿cómo transmitimos información (o datos)? Lo hacemos cambiando algunos aspectos de la señal que transmitimos que podemos decodificar en el receptor para recibir el mensaje. De esto se trata la modulación (de Google):
modulación
ˌMäjəˈlāSHən /
sustantivo
- 1.el ejercicio de una influencia modificadora o controladora sobre algo. “Las endorfinas en el cuerpo son responsables de la modulación de la sensación de dolor”
- 2. variación en la fuerza, tono o tono de la voz de uno “excelente modulación de voz”
En la modulación analógica, la señal de modulación es la señal real que queremos enviar; la señal de voz grabada a través de un micrófono, por ejemplo. En la modulación digital, la señal de modulación representa 0 y 1. El ejemplo más simple es usar la modulación de amplitud donde enviamos una amplitud para un período T para significar un 1 en ese período y otra amplitud para significar un 0. Esto también se llama modulación por desplazamiento de amplitud (ASK). En este caso, la velocidad de salida de datos sería [matemática] 1 / T [/ matemática] bits por segundo. Pero podemos hacerlo mejor que esto: ¿por qué no usar cuatro niveles de amplitud, uno para cada una de las secuencias 00, 01, 10, 11? De esta manera, nuestra velocidad es [matemática] 2 / T [/ matemática] bits por segundo. Ahora, debe haber una trampa, de lo contrario, podemos seguir adelante y usar más y más niveles de amplitud. El problema es que, en el receptor, necesitamos distinguir entre los niveles de manera robusta, de lo contrario, la decodificación es totalmente incorrecta. Si la amplitud de mi señal debe estar entre 100 y 200 (unidad arbitraria), usar un bit por señal significa que el decodificador solo necesita distinguir entre las amplitudes 100 (para 0) y 200 (para 1). Si usamos cuatro niveles, el receptor debería poder distinguir entre 100, 133, 166 y 200. A medida que agregamos más niveles, la brecha entre dos niveles consecutivos se reduce, lo que aumenta la probabilidad de errores de decodificación.
Sin entrar demasiado en los detalles, el enfoque general (llamado modulación de amplitud en cuadratura o QAM) es reconocer que una señal electromagnética puede tener componentes [math] sin [/ math] y [math] cos [/ math], y dado que estas señales son ortogonales, el par de amplitudes en cada una representa un punto en el plano o, equivalentemente, un número complejo. Cada número representa una cadena de bits que transmite todos a la vez. Si tenemos 64 símbolos (64 puntos diferentes que transmitimos), tenemos 6 bits por símbolo. Diseñar dónde se encuentran estos puntos en el avión y qué tan lejos están uno del otro es un tema en sí mismo.
Entonces, ¿por qué no transmitimos la señal digital directamente? Supongo aquí que transmitir la señal digital significa que solo transmitimos una señal cuadrada donde una amplitud denota 0 y otra denota 1. Es decir, supongo que transmitir la señal digital directamente significa que no usamos una portadora (no [matemática] sin [/ math] y [math] cos [/ math]) y no usamos ningún esquema de modulación complejo. Y hay muchas razones por las que no transmitimos la señal digital directamente:
- Los esquemas de modulación complejos nos permiten empaquetar más bits en cada símbolo, logrando así mayores velocidades de transferencia de datos.
- La frecuencia de la señal portadora afecta en qué parte del espectro de frecuencia vive la señal transmitida. Por ejemplo, si nuestro ancho de banda de señal, que es aproximadamente proporcional a la velocidad de símbolo, es de 100MHz, sin ninguna señal de portadora, la señal ocupa el espectro de -100MHz a 100MHz (sin entrar en por qué el rango incluye frecuencias negativas). Si utilizamos una señal portadora de frecuencia 500MHz, entonces la señal transmitida ocupa la región de frecuencia entre 400MHz y 600MHz (y su imagen entre -600MHz y -400MHz]). La frecuencia de la señal (donde se encuentra en el dominio de la frecuencia) afecta el tamaño de la antena que tenemos que usar para transmitir y recibir, así como el tamaño (y la velocidad) de la electrónica que usamos en el transmisor y el receptor. Hay muchas otras consideraciones adicionales al decidir en qué parte del espectro de frecuencia vive la señal.
- Es más fácil tener una señal de mayor ancho de banda cuando la frecuencia de la señal es mayor. Por lo tanto, diseñar un receptor para procesar una señal con un ancho de banda de 100MHz es mucho más fácil para una señal con una frecuencia central de 500MHz frente a una señal de banda base (sin frecuencia de portadora). Una regla general es que el ancho de banda de la señal puede ser un cierto porcentaje de la frecuencia central. Esta es una de las razones por las cuales la comunicación óptica puede ser más rápida que la comunicación inalámbrica o por cable; el ancho de banda de la señal se puede aumentar más fácilmente y el ancho de banda de la señal está directamente relacionado con la velocidad de los datos.
En pocas palabras, los esquemas de modulación complejos nos ayudan a lograr velocidades de transmisión de datos más altas y permiten una comunicación más sólida mientras que el uso de una portadora para transportar la señal hace que sea más fácil procesar señales de mayor ancho de banda.
