3.3 Conversión entre Señales Analógicas y Digitales: Técnicas y Modulación

CONVERSIÓN ANALÓGICO - DIGITAL

 

El proceso de conversión analógico-digital es crucial para la digitalización de señales analógicas y su posterior procesamiento y transmisión en sistemas digitales. Este proceso se realiza en varias etapas:

 

- Muestreo: Es el proceso de tomar muestras de una señal analógica a intervalos regulares. Según el teorema de muestreo de Nyquist, para que una señal analógica pueda ser reconstruida sin pérdida de información, debe ser muestreada a una tasa al menos el doble de su frecuencia máxima. Este paso convierte la señal continua en una serie de valores discretos en el tiempo.

 

- Cuantización: Una vez obtenidas las muestras de la señal, se procede a asignar cada muestra a un nivel discreto dentro de un rango de valores. Este proceso introduce un error conocido como "ruido de cuantización", debido a la diferencia entre el valor real de la muestra y el valor cuantizado.

 

- Codificación: Los valores cuantizados se convierten en una representación binaria para ser procesados digitalmente. Este paso final transforma la señal cuantizada en un flujo de bits que puede ser transmitido o almacenado.

 

Técnicas de modulación en la conversión analógica-digital:

 

- PAM (Pulse Amplitude Modulation): La modulación por amplitud de pulsos es una técnica en la que la amplitud de una serie de pulsos varía de acuerdo con la amplitud de la señal de entrada. Es el primer paso en la conversión a señales digitales, ya que se utilizan pulsos para representar la señal muestreada.

 

- PCM (Pulse Code Modulation): PCM es una técnica en la que la señal muestreada y cuantizada se codifica en una secuencia de bits. Cada muestra se representa mediante un código binario que corresponde a su nivel de cuantización. PCM es ampliamente usado en sistemas de comunicación digital como las telecomunicaciones y la grabación de audio digital.

 

CONVERSIÓN DIGITAL A ANALÓGICO

 

La conversión de señales digitales a analógicas es necesaria para transmitir datos digitales a través de canales de comunicación analógicos o para que los dispositivos analógicos puedan interpretar las señales digitales. Las principales técnicas de modulación digital a analógica incluyen:

 

- Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK - Amplitude Shift Keying): En ASK, la amplitud de la portadora varía de acuerdo con los datos digitales. Un bit "1" puede representarse con un pulso de mayor amplitud, mientras que un bit "0" se representa con una amplitud menor o nula. Esta técnica es simple de implementar pero susceptible al ruido y las interferencias.

 

- Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK - Frequency Shift Keying): FSK varía la frecuencia de la portadora para representar los datos digitales. Un bit "1" se transmite con una frecuencia específica y un bit "0" con otra. Esta modulación es más resistente al ruido que ASK y se utiliza en sistemas de comunicación como módems.

 

- Modulación por desplazamiento de fase (PSK - Phase Shift Keying): En PSK, la fase de la portadora se desplaza en función de los datos digitales. Por ejemplo, en BPSK (Binary PSK), un bit "1" y un bit "0" se representan con fases diferentes, generalmente separadas por 180°. PSK es eficiente en términos de uso del ancho de banda y es ampliamente usado en comunicaciones inalámbricas y satelitales.

 

- Modulación de amplitud en cuadratura (QAM - Quadrature Amplitude Modulation): QAM combina tanto la modulación de amplitud como la de fase para representar múltiples bits por símbolo. Esta técnica es muy eficiente y permite transmitir grandes cantidades de datos en canales de ancho de banda limitado. QAM se utiliza en sistemas modernos como Wi-Fi y televisión digital.

 

Estas técnicas permiten que las señales digitales se conviertan en formas adecuadas para la transmisión analógica, maximizando la eficiencia y la calidad de la comunicación en diversos entornos tecnológicos.