Modulación. La letra de la radio.

AM1Por: Ing. Arnaldo Gonzalo Lorenzo Pardo.

La comunicación mediante las ondas de radio no es el único medio inalámbrico que existe, sin embargo ha demostrado ser el más práctico y efectivo a la hora de efectuar un intercambio de información estable entre dos puntos que pueden estar distantes y bajo condiciones muy diferentes. La radio, la televisión, la telefonía móvil, la comunicación satelital y la internet inalámbrica (los medios más conocidos) tienen un elemento en común; que todos utilizan las ondas electromagnéticas como soporte para el intercambio de información.

Pero una onda de radio por sí sola no contiene información, es como una hoja en blanco en la que debemos escribir el mensaje que se pretende enviar a un extremo distante. El proceso mediante el cual se “escribe” la información sobre la onda de radio es lo que se conoce con el nombre de “Modulación”. Por eso cuando se habla de comunicación por radio invariablemente hay que hacer referencia a dos términos esenciales: Portadora y Modulación.

Se le llama “Portadora” a la onda de radio que nos sirve de soporte y llamamos “Modulación” a la información que contiene dicha onda y que puede ser recuperada en el extremo receptor. El método de modulación que se utilice va dirigido a lograr una mayor eficiencia y calidad en la comunicación en dependencia del medio, las características de la onda portadora y el tipo de información que se quiere trasmitir.

El proceso de la modulación se basa en modificar uno de los parámetros de la onda portadora: La amplitud, la frecuencia o la fase. De ahí que los métodos de modulación pueden dividirse en tres grandes grupos. Modulación de amplitud, modulación de frecuencia y modulación de fase. Cada uno de ellos surgió en momentos diferentes y fue utilizado para diferentes propósitos, ha sido la manera en que el ingenio humano ha logrado colocar sobre una onda electromagnética la información que quiere transmitir (voz, música, video, datos).

ProcAM

Para poder realizar con éxito el proceso de la modulación tiene que cumplirse, como condición esencial, que la frecuencia de la onda portadora sea mucho mayor que la frecuencia más alta de la señal moduladora. Es imprescindible eso para garantizar una calidad y legibilidad de la información o el mensaje emitido.

 

Modulación de amplitud (AM).

Es el primer método de modulación empleado y el más sencillo de todos, se conoce también con el calificativo de Modulación lineal y consiste en hacer variar la amplitud de la onda portadora en función de la señal moduladora. Electrónicamente se obtiene al hacer pasar la portadora a través de un circuito amplificador cuya ganancia varía en función de la señal moduladora. Matemáticamente la modulación de amplitud se puede demostrar como la multiplicación de dos señales sinusoidales de frecuencias diferentes. De esta forma se obtienen tres señales, la portadora sin modulación, una señal modulada en amplitud cuya frecuencia está por debajo de la portadora y una señal modulada en amplitud cuya frecuencia está por encima de la portadora.

Así tenemos dos señales moduladas en amplitud con frecuencias por debajo y por encima de la frecuencia portadora, o sea, a ambos lados de ésta, de ahí su nombre de “Bandas laterales”. Las señales que tienen una frecuencia menor que la portadora, se les llama “Banda lateral inferior” y las señales que tienen una frecuencia mayor que la portadora se les llama “Banda lateral superior”. Por contener estas tres señales, este método se conoce con el nombre de “Doble banda lateral con portadora”.

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Los transmisores más antiguos y los que se utilizan en la banda comercial de radio AM, trasmiten esta señal completa con el objetivo de llegar a una mayor cantidad de personas. Esto se debe a que una señal modulada en amplitud puede ser detectada con receptores técnicamente muy sencillos.

Pero sucede que al transmitir las dos bandas laterales y la portadora se está trasmitiendo dos veces la misma información (las dos bandas laterales de una misma modulación contienen la misma información), además se está trasmitiendo la portadora sola que no contiene información. Esto hace que esos trasmisores sean en extremo ineficientes, pues necesitan más del doble de la energía que irradian. Los radioaficionados más viejos seguramente recordarán los antiguos transmisores de AM, con sus enormes válvulas de vacío moduladas en placa con grandes transformadores y varios miles de voltios.

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La radio tuvo su época dorada en la que era la vía más rápida de llegar al gran público, se trasmitían noticias, música, publicidad, programas de todo tipo que hicieron de la radio un medio de comunicación de masas y un gran negocio. Por eso no importaba mucho que los transmisores fueran grandes, complejos e ineficientes si se garantizaba la radiodifusión con receptores de muy bajo costo que podían ser adquiridos por millones de personas en todo el mundo. Así comenzó y así fueron los años dorados de la radiodifusión en AM.

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Las comunicaciones punto a punto, los sistemas militares que debían instalar transmisores en condiciones de campaña o a bordo de vehículos donde la energía es limitada, obligaron a buscar nuevas alternativas para lograr una mayor eficiencia en los sistemas de radio.

El primer paso se dio suprimiendo la portadora en la señal que se trasmitía, pues es en la transmisión de la portadora donde se emplea el 60 % de la energía radiada y sin embargo no contiene información. Así surgió un nuevo método de modulación de amplitud.

Doble banda lateral con portadora suprimida.

En vez de realizar la modulación directamente sobre el amplificador lineal de potencia, como se hacía en los transmisores de AM, ahora utilizando los moduladores balanceados se anula la portadora y se garantiza que solamente existe señal en el transmisor cuando hay presencia de señal moduladora. Esto hizo que los transmisores consumieran menos energía, pero el ancho de banda empleado era el doble del necesario porque se seguían trasmitiendo las dos bandas laterales.

La recepción de la doble banda lateral es más compleja, ya que al no trasmitirse la portadora no puede utilizarse el detector de envolvente y fue necesario entonces otro tipo de detector más complejo. Aunque al no trasmitir la portadora se mejoró un poco la relación señal/ruido, los receptores seguían siendo muy vulnerables al ruido por el hecho de tener que abrir un canal con el doble del ancho de banda. En condiciones difíciles de propagación y recepción de señales débiles se hace muy complejo el trabajo utilizando equipos basados en esta técnica de modulación de amplitud.

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Muchos radioaficionados conocieron estos equipos, que en la mayoría de los casos, fueron construidos de forma artesanal. Con ellos se lograba la comunicación, pero con una transmisión muy ancha, razón por la que con el paso del tiempo perdieron su aceptación para las bandas de HF. A la vez, el desarrollo tecnológico permitió el diseño de radiotrasmisores más avanzados.

El próximo paso hacia la eficiencia en la modulación de amplitud fue dirigido a eliminar la redundancia de trasmitir las dos bandas laterales con la misma información y reducir con ello el ancho de banda necesario para la comunicación, esto traería un incremento en la capacidad de las bandas de radio y un mejor aprovechamiento del espectro. Surgió así un nuevo tipo de modulación de amplitud.

Simple banda lateral o banda lateral única (SSB o BLU).

Este método de modulación de amplitud es el más utilizado en la actualidad para las comunicaciones en las bandas de HF, se suprime la portadora evitando así un consumo de energía innecesario y se suprime una de las bandas laterales, lográndose un ancho de banda más reducido y un mejor aprovechamiento del espectro radioeléctrico en los canales asignados.

La SSB o banda lateral única se genera a partir de la doble banda lateral con portadora suprimida y se cancela una de las bandas laterales. Para lograrlo se utilizaron varias técnicas, algunas muy ingeniosas y complejas, pero la más difundida es mediante el empleo de los filtros de cristal o cerámicos. Estos filtros pasabanda permiten el paso de señales en un estrecho margen de frecuencias (2.4 Khz), logrando así que al transmisor llegue sólo una de las bandas laterales. Además, en la recepción también se utiliza el mismo filtro para igual propósito. Pero estos filtros se construyen para frecuencias fijas, utilizando los standard existentes en el mundo (455Khz, 10.7 Mhz y otros) lo cual obliga a introducir una etapa más de conversión de frecuencia para lograr un producto que, aunque complejiza técnicamente los equipos, alcanza una calidad muy superior en cuanto a eficiencia, relación señal/ruido y aprovechamiento del ancho de banda.

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Filtros de banda lateral.

En la actualidad los servicios de comunicaciones en las bandas de HF, excepto la radiodifusión comercial, utilizan la modulación en banda lateral única o SSB. La banda lateral superior (USB o Upper Side Band) tanto para radioaficionados como para otros servicios estatales, militares, meteorológicos y marítimos es utilizada mayoritariamente; aunque para frecuencias por debajo de 10.7 Mhz los radioaficionados utilizamos más la banda lateral inferior (LSB o Lower Side Band).

Los equipos de comunicaciones en fonía que se fabrican hoy para las bandas de HF emplean la modulación lineal en SSB, con la posibilidad de conmutar las bandas laterales (LSB y USB) según se quiera utilizar una o la otra. Se han mejorado las síntesis de frecuencia, el tratamiento del ruido, se han introducido procesadores digitales para mejorar la calidad de la señal pero en su base está el mismo procedimiento de modulación lineal que hemos mencionado anteriormente.

La modulación, como la letra sobre el papel, es la manera en que podemos plasmar un mensaje sobre una onda de radio para que sea transportado por ésta a grandes distancias. La modulación de amplitud en sus tres variantes más conocidas es sólo una pequeña parte de lo que existe en la actualidad para transmitir información sobre una onda de radio que, como un periódico invisible, viaja hasta los lugares más remotos llevando sobre sí las imágenes, las voces, y los datos de la vida moderna.

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