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Technical Documents - Documentos Técnicos: Frecuencia Modulada Estéreo Múltiplex

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TRANSMISION DE SEÑALES

La transmisión de señales en el contexto de la comunicación por radio implica la transferencia de información o inteligencia de un punto a otro del espacio utilizando energía electromagnética en un rango de frecuencias que va desde 10 KHz hasta 30.000 MHz. Este rango de frecuencias abarca diversas técnicas y tecnologías que se agrupan bajo el término de "radio comunicaciones".

En este proceso, una antena transmisora emite ondas electromagnéticas en forma de señales de radio, las cuales viajan a través del espacio y son captadas por una antena receptora. La antena receptora recoge estas señales y las convierte de nuevo en información comprensible para su uso o interpretación.

La banda de frecuencias mencionada, que va desde 10 KHz hasta 30.000 MHz, abarca una amplia gama de aplicaciones y servicios de comunicación por radio. Esto incluye radio AM y FM, televisión, telefonía móvil, transmisiones de datos, comunicaciones satelitales, radioaficionados, entre otros.

Cada una de estas técnicas de radio comunicaciones utiliza diferentes modulaciones, esquemas de codificación y protocolos para transmitir y recibir las señales de manera eficiente y confiable. La elección de la frecuencia y la técnica utilizada depende del tipo de aplicación, la distancia de transmisión, las regulaciones y normativas vigentes, entre otros factores.

Naturaleza de las señales de radio

La naturaleza de las señales de radio en las comunicaciones se refiere a cómo se incluye la información dentro de estas señales electromagnéticas que se transmiten de una antena a otra. Aunque las ondas electromagnéticas son el medio de transporte de estas señales, la forma en que se modulan o se modifica la señal para llevar la información es lo que determina su naturaleza y características específicas.

En las comunicaciones por radio, existen diferentes técnicas de modulación que permiten incluir la información en la señal de radio. Estas técnicas se utilizan para modificar una propiedad de la onda portadora, como la amplitud, la frecuencia o la fase, de acuerdo con los cambios en la información que se desea transmitir. Cada técnica de modulación da lugar a diferentes tipos de emisión, que son identificaciones específicas de las señales de radio.

El término "tipo de emisión" se utiliza para identificar la categoría o clase a la que pertenece una señal de radio en función de la técnica de modulación utilizada. En las comunicaciones modernas, se han desarrollado numerosos tipos de modulación, lo que ha dado lugar a una amplia variedad de tipos de emisión. Algunos ejemplos comunes incluyen la modulación de amplitud (AM), la modulación de frecuencia (FM), la modulación de fase (PM), la modulación de frecuencia de pulsos (PFM), la modulación de amplitud de pulsos (PAM), entre otros.

Cada tipo de emisión tiene características específicas en términos de ancho de banda, eficiencia espectral, resistencia al ruido, capacidad de transmisión de datos, entre otros aspectos. La elección del tipo de emisión adecuado depende de los requisitos y aplicaciones específicas de la comunicación, como la calidad de audio, la transmisión de datos de alta velocidad o la resistencia a interferencias.

Como ejemplo vemos las representaciones de las mas simples a continuación :

La transmisión de señales de radio abarca una amplia gama de frecuencias y técnicas de modulación. La señal más básica es la señal de onda continua (CW) o onda sinusoidal, que es generada por un generador de señales sin modulación. Las señales CW con frecuencias por debajo de 6 GHz se conocen comúnmente como señales de radiofrecuencia (RF), mientras que aquellas con frecuencias entre 6 GHz y 30 GHz se denominan señales de microondas, y las que superan los 30 GHz se llaman señales milimétricas.

El término "RF" se ha convertido en sinónimo de señales inalámbricas y de alta frecuencia, abarcando una amplia gama de aplicaciones, desde la radio AM en el rango de frecuencia de 535 kHz a 1605 kHz, hasta las redes de área local (LAN) de computadoras que operan a 2,4 GHz. Sin embargo, tradicionalmente, RF se ha utilizado para describir frecuencias que van desde unos pocos kHz hasta aproximadamente 1 GHz. Si consideramos las frecuencias de microondas como parte de la categoría de RF, este rango se extiende hasta 300 GHz.

El trasmisor básico (Radiotelegrafía)

El transmisor básico de radio, conocido como radiotelegrafía, se compone de elementos simples pero esenciales. Consiste en un generador de energía de radiofrecuencia, que puede ser un oscilador de válvulas, que produce la señal de radio a transmitir. Además, se requiere una fuente de alimentación que suministre el voltaje necesario para el funcionamiento del transmisor.

El manipulador, también conocido como "llave telegráfica", es un dispositivo que permite interrumpir la señal de forma controlada. Es utilizado para generar las pausas y los puntos y rayas del código Morse, que se empleaba en la radiotelegrafía para la transmisión de mensajes.

La antena es un componente crucial del sistema de transmisión, aunque técnicamente no forma parte del transmisor en sí. La antena se encarga de irradiar las ondas electromagnéticas generadas por el transmisor al espacio, permitiendo que sean recibidas por los receptores en la distancia deseada.

En resumen, el trasmisor básico de radiotelegrafía incluye un generador de radiofrecuencia, una fuente de alimentación, un manipulador y una antena. Estos elementos trabajan en conjunto para transmitir señales de radio y comunicarse a través de la radiotelegrafía

El transmisor descrito anteriormente presentaba diversas limitaciones y deficiencias en su funcionamiento. Uno de los principales problemas era la dificultad para mantener constante la frecuencia del oscilador, lo que resultaba en una señal recibida poco clara y difícil de interpretar. Esto afectaba la calidad de la comunicación y dificultaba la lectura de los mensajes transmitidos.

Además, la potencia de la señal generada por el oscilador era baja, lo que restringía las distancias en las que se podían establecer comunicaciones efectivas. Esta limitación impedía la transmisión de señales a largas distancias y limitaba el alcance de las comunicaciones.

La manipulación del circuito mediante el uso de un manipulador, o llave telegráfica, permitía abrir y cerrar el circuito de acuerdo con un código radiotelegráfico. Esta manipulación generaba ráfagas intermitentes de energía que eran irradiadas por la antena, transmitiendo así un mensaje codificado en código Morse. Estos transmisores utilizados para la radiotelegrafía se conocen como transmisores de "onda continua" o CW.

En resumen, el transmisor de radiotelegrafía presentaba dificultades en el mantenimiento de la frecuencia, limitaciones en la potencia de la señal y dependía de la manipulación para transmitir mensajes en código Morse. A pesar de sus defectos, este tipo de transmisores sentó las bases para el desarrollo posterior de sistemas de comunicación más avanzados y eficientes

RADIODIFUSION AM

Uno de los problemas básicos, de la radiodifusión es hacer que una señal de audio pueda ser escuchada por todos los que se interesen dentro de una zona o región dada. Para lograr esto se recurre a la transmisión de la señal por medio de ondas electromagnéticas, las que se caracterizan también por una frecuencia y una intensidad, normalmente medida ésta por el valor de campo eléctrico, o sea los Volts por metro. El valor de esta intensidad es muy bajo de modo que normalmente está dada en microvolts por metro, que se indica por µV/m. El transmisor es el encargado de llevar la señal disponible en el micrófono a ondas electromagnéticas, que se obtienen en la antena transmisora.

La modulación es un proceso crucial en la transmisión de señales de radio. Permite transmitir información, como voz o música, al variar una señal portadora de radiofrecuencia (RF) en relación con la señal de origen. El tipo de modulación más comúnmente utilizado es la modulación de amplitud (AM).

En la modulación de amplitud, la información se superpone a la portadora de RF mediante la variación de la amplitud de la señal portadora. La información en sí puede ser una forma de onda de audiofrecuencia (AF), que puede representar música, voz u otros tipos de señales. Si bien la música y la palabra tienen formas de onda más complejas, una onda sinusoidal se utiliza a menudo para explicar los principios básicos de la modulación.

Cuando modulamos la señal de RF con la información de audio, la portadora de RF se transforma para reflejar las variaciones de amplitud de la señal de audio. Esto permite que la señal modulada sea transmitida a través del espacio y posteriormente recuperada en el receptor, donde se demodula para extraer la información original.

Es importante tener en cuenta que la modulación de amplitud es solo uno de los muchos sistemas de modulación utilizados en la radio y las comunicaciones. Otros sistemas incluyen la modulación de frecuencia (FM) y la modulación de fase (PM), cada uno con sus propias características y aplicaciones específicas.

En resumen, la modulación es el proceso de variar una señal portadora de RF para transportar información. En el caso de la modulación de amplitud, la información se superpone a la señal portadora mediante cambios en la amplitud de la misma, y puede ser representada por una forma de onda de audiofrecuencia. Esto permite la transmisión y recepción de señales de radio para la difusión de música, voz y otros tipos de contenido.

La señal de micrófono, también conocida como señal de modulación, desempeña un papel fundamental en el proceso de modulación. Esta señal, que contiene la información de audio que deseamos transmitir, se combina con una señal electromagnética de alta frecuencia llamada portadora.

La portadora se elige de manera que pueda transportar la señal de audio de manera eficiente a través del medio de transmisión, como el aire o un cable. La frecuencia de la portadora se ajusta para adaptarse a los requisitos específicos de la aplicación de transmisión.

Para combinar la portadora con la señal de audio, se utilizan circuitos electrónicos especiales. Es importante destacar que esta mezcla no puede ser realizada por un circuito lineal simple, como una resistencia pura. Si se aplicara la portadora y la señal de audio a una resistencia pura, la amplitud de la portadora no variaría, es decir, no se modularía. En cambio, lo que sucedería es que la portadora se desplazaría lateralmente, en relación con la señal de audio.

El proceso de modulación se lleva a cabo mediante dispositivos electrónicos específicos, como moduladores, que combinan la portadora y la señal de audio de una manera no lineal. Estos circuitos no lineales permiten que la portadora se modifique de acuerdo con las variaciones de amplitud, frecuencia o fase de la señal de audio. Como resultado, se produce una señal modulada que contiene tanto la portadora como la información de audio superpuestas.

La señal modulada resultante se transmite a través del medio de transmisión, ya sea por ondas de radio o por cables, y puede ser recibida por un receptor apropiado. En el receptor, se lleva a cabo el proceso de demodulación para extraer la señal de audio original y reproducirla en forma de sonido.

En conclusión, el proceso de modulación implica la combinación de la señal de audio, también conocida como señal de modulación, con una portadora de alta frecuencia. Esta mezcla se realiza a través de circuitos electrónicos especiales, que permiten que la portadora se modifique de acuerdo con la información de audio. De esta manera, se crea una señal modulada que puede ser transmitida y posteriormente demodulada para recuperar la información original.

Para que la portadora se module con la señal de audio, ambas deben ser mezcladas en un circuito no lineal. El resultado es que la amplitud de la portadora varía directamente con la amplitud de la señal de audio. La alternancia positiva de audio, añade a las alternancias positivas y negativas de RF, una amplitud; las alternancias negativas restan amplitud. Esto da como resultado que la señal modulada tenga dos impresiones de la señal de audio. La impresión superior es un duplicado de la original. La inferior también es un calco de la señal original, pero 180º fuera de fase. Trazando una línea punteada exterior (llamada "envolvente de modulación") se ve más claramente las dos impresiones de la señal.

Si la amplitud de la portadora es importante, mucho más lo es la amplitud de la señal de audio, en el problema de la modulación. La cantidad de modulación que introduce una señal de audio en la portadora, se mide en porcientos.

En A se muestra una portadora sin modular con un nivel de amplitud de pico de  ± 10 volts. En B, tenemos una señal modulante de audio de ± 5 volts de pico. C muestra la portadora modulada resultante. Obsérvese que cuando las alteraciones de + 5 volts modulan la portadora, ésta aumenta en la misma cantidad, en ambas direcciones, positiva y negativa; similarmente, cuando es la de -5 volts que modula, la portadora disminuye en la misma cantidad a ambos lados. Como resultado de esto, los picos negativos y positivos de la portadora modulada aumentan y disminuyen de valor en un 50 % o sea, una mitad de su valor normal. C muestra una señal modulada al 50 %. Aumentamos ahora la señal de audio en  ± 10 volts, como se muestra en D. La portadora modulada se representa en E. Note que la amplitud se duplica para los picos positivos y se reduce a cero para los negativos. Por lo tanto, la portadora modulada aumenta y disminuye de valor en un total de 100 %. Por esto se dice que la modulación es 100 %.

Fig : EL PORCENTAJE DE MODULACION VARÍA CON LA INTENSIDAD DE AUDIO

Porcentaje de modulación

El grado de modulación de una onda AM se expresa en porcentaje de su desviación máxima de la amplitud de la onda sin modular. El porcentaje de modulación se puede expresar por la ecuación:

donde emax es el valor máximo instantáneo del voltaje de RF.; emin es el valor mínimo instantáneo del voltaje de RF y e0 es el valor del voltaje de RF en ausencia de modulación.

Es importante que la amplitud pueda variar tanto como sea posible, debido a que la salida del detector en un receptor varía con las variaciones de amplitud de la señal recibida. Entonces, una trasmisión de relativamente baja potencia, pero bien modulada puede producir una señal más fuerte que otra de mayor potencia pero mal modulada. Si la modulación excede el 100 %. hay un intervalo durante el ciclo de audio en el cual la portadora desaparece por completo.

Bandas laterales

La modulación hace que la onda electromagnética tenga además de la frecuencia de portadora otras frecuencias próximas a ella, que se conocen como bandas laterales, fig. 1.

En el caso de la modulación de amplitud (AM), uno de los efectos importantes es la aparición de bandas laterales. Estas bandas laterales son frecuencias adicionales que se generan al modular la señal de audio sobre la portadora de radiofrecuencia.

Cuando se modula una señal de audio sobre una portadora en AM, se produce una variación en la amplitud de la portadora en función de la señal de audio. Esta variación de amplitud crea componentes espectrales adicionales en la señal modulada, a ambos lados de la frecuencia de la portadora original.

Estas componentes adicionales son las bandas laterales. En la modulación AM, generalmente se generan dos bandas laterales simétricas: una banda lateral superior (USB, por sus siglas en inglés) y una banda lateral inferior (LSB, por sus siglas en inglés), situadas a ambos lados de la frecuencia de la portadora. Las frecuencias de estas bandas laterales son iguales a la frecuencia de la señal de audio.

La presencia de estas bandas laterales en la señal modulada es lo que permite transmitir la información de audio. En el receptor, durante el proceso de demodulación, se eliminan las bandas laterales y se recupera la señal de audio original.

Es importante destacar que las bandas laterales generadas en la modulación AM contienen la misma información de audio, pero están invertidas en fase. Esto significa que, si se tiene una señal de audio de frecuencia f, las bandas laterales tendrán frecuencias de la portadora más f y la portadora menos f.

En resumen, en la modulación de amplitud, la variación de amplitud de la portadora genera bandas laterales, que son frecuencias adicionales situadas a ambos lados de la frecuencia de la portadora original. Estas bandas laterales contienen la información de audio y son eliminadas durante el proceso de demodulación para recuperar la señal original.

Figura 1

Cuando se modula una portadora de RF con una nota de audio, aparecen dos frecuencias adicionales. Una es una frecuencia superior, que es la suma de la frecuencia de audio más la de la portadora y la otra es una inferior, y es igual a la diferencia de la portadora y la de audio, La alta se llama "frecuencia lateral superior", mientras que la baja se denomina "frecuencia lateral inferior".

Cuando la señal modulante está formada por ondas complejas, como música y palabras, cada componente individual de frecuencia produce sus propias frecuencias laterales superior e inferior. Estas frecuencias laterales ocupan una banda comprendida entre la frecuencia de la portadora más y menos la frecuencia más baja de audio y la de la portadora más y menos la más alta de audio. Las bandas que contienen las frecuencias laterales se llaman "bandas laterales". La que contiene la suma de la portadora y de la frecuencia de modulación es la "banda lateral superior". La que contiene la diferencia se denomina "banda lateral inferior". El espacio que ocupa una portadora con sus bandas laterales asociadas se conoce como "canal" o "ancho de banda", y su valor es igual al doble de la frecuencia de modulación más alta.

El conjunto de las bandas laterales y la portadora forman el canal de transmisión. Es decir, todas las frecuencias dentro del canal son propias de una estación, y si por alguna razón otra emisora se metiera dentro del canal es una interferencia, y está reglamentada su prohibición.

Existen dos modos básicos de llevar la información, o sea la señal acústica, por las ondas electromagnéticas. Esto se hace evidente a partir de la forma de onda senoidal. Se puede hacer que varíe la amplitud de la onda cuando varía la modulación o bien que varíe la frecuencia cuando varía la información, entonces se dice que se tiene una modulación de amplitud para el primer caso o una modulación de frecuencia para el segundo.

 

Distribución de potencia en una onda AM

La radiodifusión AM, donde por AM se quiere significar modulación de amplitud, hace variar la amplitud de la señal radioeléctrica, onda electromagnética, proporcionalmente a la señal acústica. Esto está visualizado en la figura 2, donde se supone que la señal es un tono puro, es decir una señal de frecuencia única.

Figura 2

Decir que la amplitud varía conforme a la modulación, significa que situándonos en un punto dado tendremos distintos valores de campo eléctrico según el instante que se considere. Si variamos de punto, el valor puede o no ser distinto. En general, el valor máximo de la señal, en el mismo instante de observación, disminuye cuando nos alejamos del transmisor.

Este tipo de modulación se usa en radiodifusión de onda larga y corta, es decir por ejemplo, en el caso de Argentina en frecuencias que van desde los 530 KHz: hasta los 1600 KHz, y luego en las bandas de onda corta que van hasta frecuencias por debajo de los 20 MHz.

La potencia en una onda AM se distribuye entre la portadora y las bandas laterales. La potencia de la portadora es constante (excepto en casos de sobremodulación) y por lo tanto, la potencia de las bandas laterales es igual a la potencia de la onda portadora menos la potencia de la modulada en total. Cuando una señal de RF se modula con un solo tono de audio, la potencia total de salida está dada por la fórmula que se muestra en la figura a continuación. Suponiendo una portadora de 50 watts modulada al 100% , la potencia en la señal es 75 watts. De este total, 50 watts corresponden a la portadora y 25 watts a las bandas laterales.

El porcentaje de potencia en fas bandas laterales es 25/75 X 100 = 33,3%. De los 25 watts de potencia de las bandas laterales, hay 12,5 watts para cada una de ellas, y la relación porcentual de cada una es de 16,6% de la potencia total de salida con 100% de modulación.

La potencia de las bandas laterales disminuye mucho cuando la modulación se halla por debajo del 100 %. Esto se demuestra modulando la portadora al 50 % cuando la potencia es de 50 watts.

La potencia total modulada es de 56,25 watts. Dado que 50 watts corresponden a la portadora, solamente hay 6,25 watts en las bandas laterales. Dado que 6,25 constituyen la cuarta parte del valor obtenible con 100% de modulación, vemos que reduciendo la modulación al 50% se produce una reducción del 75% de la banda lateral. Dado que toda la información se halla contenida en las bandas laterales, se ve la conveniencia de tener un alto porcentaje de modulación.

 

Esta reglamentado que el ancho del canal en este caso es de 9 KHz, lo que obliga a transmitir una frecuencia de tono máxima de 4,5 KHz.

Las críticas que se pueden hacer a este tipo de radiodifusión, que fue la primera en hacerse, son:

1) Cualquier ruido o interferencia hace variar la intensidad de campo en el punto que interese, independientemente de la señal, de modo que en la recepción que no reconoce el origen del ruido, se percibirá éste.,

2) Dado que el valor de la frecuencia máxima de audio que se puede transmitir es de 4,5 KHz, mientras que para hacer una escucha en alta fidelidad es necesario que fuese al menos de 15 KHz, da una escucha de calidad musical menor.

Una de las características que la hace útil y que a su vez es también un factor en contra, es que este tipo de transmisión, por las frecuencias de transmisión que usa, tiene un cubrimiento muy amplio. En cambio las transmisiones de FM que se hacen en frecuencias más elevadas (del orden de los 100 MHz) tienen una zona de cubrimiento menor. Prácticamente son servicios urbanos, ya que el radio de cubrimiento está en el orden de los 40 km. La ventaja de la transmisión de onda larga es precisamente su gran zona de cubrimiento. Pero esto hace que para evitar interferencias, el número de canales disponibles sea reducido, que es la desventaja.

RADIODIFUSION EN MODULACION DE FRECUENCIA (FM) .

Una señal se dice que está modulada en frecuencia, abreviadamente FM, cuando la frecuencia de la onda transmitida varía con la variación del nivel de la señal acústica.

La modulación de frecuencia (FM) es otro método comúnmente utilizado en la radiodifusión. En FM, se modula la señal transmitida variando la frecuencia de la onda de la portadora de radiofrecuencia en relación con el nivel de la señal acústica o de audio.

En la modulación de frecuencia, la información de audio se convierte en variaciones de frecuencia en la onda portadora. Cuando la amplitud de la señal de audio aumenta, la frecuencia de la onda portadora se incrementa, y cuando la amplitud de la señal de audio disminuye, la frecuencia de la portadora disminuye.

Esta variación en la frecuencia de la onda portadora en función de la señal de audio es lo que permite transportar la información. Al igual que en la modulación de amplitud, la señal de audio puede ser música, voz u otros tipos de señales.

La ventaja principal de la modulación de frecuencia es que es menos susceptible a las interferencias y al ruido en comparación con la modulación de amplitud. Esto se debe a que en FM, la información se codifica en las variaciones de frecuencia, y no en la amplitud de la señal.

En la recepción de una señal FM, el proceso de demodulación se lleva a cabo para extraer la señal de audio original. En este proceso, las variaciones de frecuencia de la señal modulada se convierten nuevamente en la señal de audio original, que luego se reproduce a través de un altavoz u otro dispositivo de salida.

En resumen, la modulación de frecuencia (FM) se utiliza en la radiodifusión cuando la frecuencia de la onda transmitida varía en relación con el nivel de la señal acústica. Esta variación en la frecuencia de la onda portadora permite transportar la información de audio. La modulación de frecuencia ofrece ventajas en términos de resistencia al ruido y las interferencias. Durante la recepción, la señal FM se demodula para recuperar la señal de audio original.

Supongamos que la señal acústica sea un tono puro, y que sobre el micrófono de lugar a una tensión de 1 Volt de amplitud máxima. Supongamos que esta señal es transmitida por la estación de frecuencia modulada que opera en la frecuencia de 99,1 MHz. Significa esto que si la señal acústica dada es la máxima que puede haber sobre el micrófono, y como la norma o reglamento vigente establece que a lo sumo la frecuencia puede desviarse por la modulación en 75 KHz. resulta que cuando la señal valga 1 Volt la frecuencia valdrá 99,175 MHz y en el instante en que la tensión de micrófono valga 1/2 volt la frecuencia de la señal transmitida valdrá 99.137,5 Khz. Cuando sea nula la tensión de modulación, la frecuencia será la de portadora, o sea 99,1 MHz. Cuando valga -1/2 volt valdrá 99.062,5 KHz, y para -1 volt valdrá 90.025 KHz. Todo esto está grafiado en la fig. 3.

Figura 3

El nivel de la señal no tiene importancia, a condición de que supere un cierto mínimo. Esto justifica el hecho de que no se opere con grandes potencias de transmisión dada que por un lado el alcance es el que se tiene visualmente entre las antenas transmisora y receptora, fig. 4 y en consecuencia basta con superar en el peor caso, alrededor de los 30 km. un valor mínimo de campo (intensidad de la señal).

Figura 4

¿Por qué presenta tanto interés la transmisión de FM?

La transmisión de frecuencia modulada (FM) presenta varios aspectos que generan interés y hacen que sea ampliamente utilizada en la radiodifusión, incluso con su alcance limitado. A continuación, te mencionaré algunos de los motivos por los que la transmisión de FM es valorada:

  1. Calidad de audio: La modulación de frecuencia proporciona una mayor calidad de audio en comparación con la modulación de amplitud (AM). La FM ofrece una reproducción más clara y precisa de la música y la voz, con menos distorsión y ruido.

  2. Menor interferencia: La FM es menos susceptible a la interferencia causada por fuentes de ruido y otras señales electromagnéticas no deseadas. Esto se debe a que la información en FM se encuentra en las variaciones de frecuencia, no en la amplitud de la señal, lo que ayuda a mantener una señal más limpia y de alta calidad.

  3. Variedad de estaciones: La FM permite la transmisión de múltiples estaciones en una determinada área geográfica sin que se produzcan interferencias significativas entre ellas. Esto significa que una ciudad puede tener una amplia variedad de estaciones de radio FM que ofrecen diferentes tipos de contenido y programación para satisfacer los intereses de los oyentes.

  4. Cobertura local: Aunque el alcance de la transmisión FM es limitado, cubriendo normalmente el área de una ciudad o región, esto no presenta mayores inconvenientes, ya que está diseñada para ser un servicio de radiodifusión local. Para cubrir un área geográfica más amplia, se pueden utilizar repetidores y redes de transmisión que extiendan la cobertura.

  5. Fidelidad musical: La FM se utiliza comúnmente para transmitir música, ya que su calidad de audio superior permite una reproducción más fiel y detallada de las grabaciones musicales. Esto la convierte en una opción preferida para estaciones de radio especializadas en música, donde la calidad del sonido es un factor importante.

O sea, la transmisión de FM es valorada debido a su alta calidad de audio, menor susceptibilidad a la interferencia, la posibilidad de tener múltiples estaciones sin interferencias significativas y su capacidad para proporcionar una cobertura local adecuada para una ciudad o región específica. Aunque su alcance es limitado, esto no supone un problema ya que se adapta al propósito de ofrecer un servicio de radiodifusión local de calidad.

El servicio de radiodifusión de onda larga puede cubrir muchas ciudades, y por lo tanto tiene la posibilidad de mayor audiencia, y comercialmente es más interesante. Pero esto tiene su contraparte. Como se dijo el número de canales que pueden usarse dentro de la banda de onda larga, de 530 a 1600 KHz es reducido, y se hace crítico cuando las emisoras cubren varias ciudades y cada ciudad quiere tener más de una estación. Cuando estas ciudades están dentro de una misma nación, el problema puede reglamentarse en forma fácil. Cuando están en naciones distintas, o estados distintos, como es el caso de Europa o Estados Unidos, el problema es más grave. En el primer caso se usa una frecuencia de transmisión adicional de onda extralarga, que va desde los 150 KHz a los 300 KHz. Estos dos tipos de problemas no se presentan en Argentina, por lo que no tiene cabida la transmisión en la banda de 150 a 300 KHz, Pero, aun la inclusión de esta banda reduce las posibilidades de transmisión.

La solución fue agregar un banda adicional en frecuencias elevadas donde la transmisión tiene el alcance de la visual, y se aprovechó para asimismo transmitir una señal de mejor calidad. Cuando se hizo patente la necesidad de esta banda adicional estaba en nacimiento la alta fidelidad, de modo que se tomaron sus requerimientos para fijar la calidad del sistema. Por esta razón los sistemas de FM, la banda agregada que va desde 88 a 108 MHz, tienen la posibilidad de transmitir frecuencias desde los 50 hasta los 15.000 Hz. Con lo dicho queda justificada la imposición de esta nueva banda, pero ¿por qué se adoptó la modulación de frecuencia?

La justificación de la frecuencia modulada está dada por la crítica adicional al sistema de AM. Dado que un ruido o interferencia hace variar el nivel de la señal en el punto de recepción, y puesto que el receptor no reconoce el origen del ruido, lo considera como señal y aparece a la salida como tal. ¿Cuál es la solución? Bueno, simplemente, hacer que el nivel de la señal no signifique nada, y que la información esté dada por una variación en la frecuencia de la señal recibida. De este modo se tiene una mejora muy notable, en la relación señal a ruido. Por estos motivos, la transmisión de FM se popularizó desde sus inicios en casi todo el mundo. Así las cosas se agregó una nueva necesidad: surgió la estereofonía. Puesto que todas las frecuencias estaban ya asignadas a otras transmisiones, no cabía la posibilidad de tener una nueva banda. En consecuencia, los que cabía era aprovechar las existentes. Conviene aclarar que estereofonía no es alta fidelidad. Pero alta fidelidad en estereofonía se consideraba el summun en su momento. Así fue como se impuso la norma de la transmisión en estereofonía.

La idea perseguida es tener una reproducción musical que sea fiel reflejo del sonido original.

 

La transmisión de sonido en FM, donde las frecuencias transmitidas se extienden desde los 50 Hz hasta los 15 KHz, hizo aparecer un nuevo problema no previsto en la transmisión de radiodifusión de AM: la intensidad de sonido de los tonos de alta frecuencia 10 a 15 KHz es muy baja, y si no se procede a realzarlos de algún modo para que el ruido presente en el propio sistema no los enmascare, su transmisión no tendría valor. Por esa razón se procede a hacer una preénfasis, acentuación, o preacentuación para que las frecuencias más elevadas no aparezcan tapadas por el soplido de fondo de los amplificadores, En AM el problema no se presenta porque la frecuencia más alta transmitida es de 4,5 KHz.

Esto significa que la señal de audio a la salida de micrófono sufrirá un cambio de amplitud, según sea la frecuencia del tono. Es decir, se multiplicará el valor de la intensidad de salida del micrófono por valor de la curva de preénfasis de la fig. 5. Esa curva está normalizada, de modo que en recepción, para volver a tener la misma forma de señal es necesario realizar la operación inversa.

Figura 5

Figura 6

La curva de la fig. 5. se da normalmente en dB, donde es bien sabido que un valor dado en veces es

20 log10 x

en dB, donde x es el valor en veces. Esta es una medida universal, con la cual se supone familiarizado el lector de ésta página. Recuérdese que el oído no responde linealmente con la intensidad acústica. Es decir, cuando la intensidad va al doble, el oído no tiene la sensación de un sonido doble. La ley de sensación es logarítmica, de modo que la conversión a dB tiene aquí su justificativo.

PRIMEROS ENSAYOS

Para situarnos mejor en el problema, vamos a ver cuáles fueron los primeros pasos que se utilizaron, y que fueron tentativas, para mostrar lo que la escucha con relieve dimensional hace a la música transmitida por radio.

Estos primeros pasos fueron bastante elementales. Debernos entender por un lado que cuando se habla de estereofonía se trata de enviar separadamente las señales que captan dos micrófonos colocados adecuadamente, de forma de tomar la señal de canal izquierdo y derecho, que luego reproducidos por un parlante con la misma ubicación física dan una sensación sonora muy semejante a la del sonido original. Esta fuente musical puede ser la obtenida a partir de un disco, de una cinta. o bien la que se obtenga en vivo de un programa en directo.

Figura 7

Los procedimientos que se usaron con este fin fueron varios. El primero y más elemental consiste en transmitir por dos estaciones de onda larga, moduladas en amplitud las señales de los dos canales en forma independiente. y luego con dos receptores, sintonizado cada uno en la frecuencia del canal que corresponda a su ubicación de señal de canal derecho e izquierdo se tendrá la señal estereofónica. La fig. 7 muestra el esquema de principio de este sistema. La contra evidente es que si bien se puede hablar de estereofonía no se puede hablar de alta fidelidad, dado que la máxima frecuencia de audio transmitida es de 4,5 KHz,

Por lo dicho respecto al sistema anterior una mejora sería usar dos estaciones de frecuencia modulada para hacer la transmisión, pero el sistema es costoso, y obliga también en recepción a tener dos receptores.

Así las cosas, y con otras propuestas con iguales problemas, surgió el método de la Zenith, que se denomina Estereofonía multiplex, v que se adoptó internacionalmente.

LA SEÑAL COMPUESTA

La idea de base es transmitir mediante una única estación, y en recepción usar un único receptor para obtener la señal de los canales. Una exigencia adicional es que, puesto que se usa una banda asignada a transmisiones en FM monofónicas o monoaurales, debe poder ser recibida la transmisión por los receptores que hasta el momento de implantarse no fuesen pensados para estereofonía. Por cierto, de estos receptores sólo cabe esperar una señal monofónica. Esta última imposición se conoce como condición de compatibilidad.

Figura 8

Para poder cumplir con la condición de compatibilidad debe tener dentro de las frecuencias de 50 Hz a 15 KHz la suma de la señal del canal izquierdo más la señal del canal derecho, que sería la señal que se tendría en una transmisión monoaural. Para poder recuperar en recepción la señal del canal derecho en forma independiente de la del canal izquierdo es necesario que la señal a transmitir no sea simplemente ( I + D), donde I es la señal del canal izquierdo y D la señal del canal derecho. Es necesario agregar otra información. Cuando a la señal ( I + D) se le suma esta información adicional se dice que se tiene la señal compuesta que se va a usar para modular en FM, de igual modo que se hacía antes con la señal simple. Puesto que dentro del espectro de 50 a 15.000 Hz se tiene la señal (I + D), parecería lógico enviar una señal (I - D) que cayese fuera de este espectro, para luego poder recuperarla fácilmente, y en forma independiente las componentes I y D. Con estas dos señales disponibles la (I + D) y la (I - D) se puede obtener en recepción haciendo su suma o su diferencia las señales I y D. Este es el principio de la estereofonía en FM multiplex.

¿Cómo debe ser la señal compuesta? Evidentemente debe tener la señal (I + D), y además una señal (I - D) fuera de su espectro, Para eso se modula sobre una subportadora de 38 khz la señal (I - D), apareciendo como consecuencia de esta modulación de amplitud las dos bandas laterales con la señal (I - D) a cada lado. De esta modulación se suprime la señal de 38 khz, dado que esta es una señal de frecuencia conocida y por lo tanto resulta inútil su transmisión. En su lugar, y simplemente para tener la referencia de fase que luego se va a requerir en recepción es necesario hacer una transmisión de señal piloto, señal esta que tiene una frecuencia de 19 khz.

 

El espectro de frecuencia de la señal a transmitir tiene el aspecto de la fig. 8. La exigencia de la relación de fase se establece por norma, donde la señal de 19 KHz que se transmite debe ser tal que la señal de 38 khz que se usa para modular debe cruzar el eje del tiempo con una pendiente positiva (pasar de un valor negativo a uno positivo) cada vez que la portadora piloto cruza el eje del tiempo en cualquier dirección, fig. 9 .

Figura 9

SEÑAL MODULADA EN AMPLITUD SIN PORTADORA

Para interpretar los resultados anteriores vamos a mostrar la forma de onda que resulta en el caso de tener una señal modulada en amplitud de tono único, con portadora suprimida. Esta es la forma de onda que resulta de la componente (I - D) de acuerdo a lo que se dijo en la explicación anterior.

Es fácil obtener esta forma de onda, a partir de la forma de onda de la señal sin modular, fig. 10a y de la señal modulada. fig. 10b. La forma de onda de la señal sin modular es igual a la señal de la portadora, de modo que la diferencia de tensiones (em - eo) nos da la forma de onda que resulta para modulación de amplitud con portadora suprimida, que también se conoce corno señal de doble banda lateral. Es decir, basta hacer la diferencia entre la señal modulada y la señal de portadora instante a instante, fig. 10c, para obtener la señal buscada, y donde la señal que se resta está exactamente en fase con la señal modulada.

Figura 10

SEÑAL COMPUESTA PARA TONO UNICO EN UN CANAL

Vamos a ver cuál es la forma de onda que resulta en el caso más simple de tener tono único sobre sólo un canal, en este caso el derecho.

Esta situación está representada por la fig. 11a y b. De acuerdo con lo dicho se debe proceder a hacer los distintos pasos:

1) Obtener la señal I + D, fig. 11c.

2) Obtener la señal I - D, fig. 11d.

3) Modular en amplitud con portadora suprimida la portadora de 38 khz por la señal I - D, que por ser tono único, tiene la forma indicada en la fig. 11e (de acuerdo a lo explicado más arriba bajo el título Señal modulada en amplitud sin portadora, fig. 10c.

4) Hacer la suma de la señal obtenida en el paso 1) y la obtenida en el paso 3), fig. 11f, que se hace haciendo la suma instante a instante.

5) Sumar a la señal obtenida en el paso 4) la señal piloto de 19 khz, con una amplitud igual a la décima parte de la amplitud máxima que puede tener la señal compuesta, suponiendo que se aplique la máxima amplitud en el tono de entrada, fíg. 11g

El procedimiento es simple, y la figura 11 es bastante clara.

Si se trata de la situación inversa, es decir el canal con señal es el izquierdo, la situación sería semejante.

 

SEÑAL COMPUESTA CON TONOS EN LOS DOS CANALES

Se debe proceder en la misma forma que la descripta anteriormente, es decir a hacer todos los pasos de 1 al 5 y de este modo se obtienen las formas de onda indicadas en la fig. 12. Como se ve la forma de onda es bastante extraña, compleja, y sólo de considerar dos tonos. Cuando se consideran varios tonos resulta aún más compleja.

Figura 11

Figura 12

Figura 13

Si observamos atentamente la fig. 12f, podemos deducir, comparando con las señales de los canales izquierdo y derecho, cual es la forma de onda compuesta en cualquier caso. En efecto, basta con trazar la señal del canal izquierdo, luego sobre el mismo gráfico la señal del canal derecho, y las partes de área encerrada por estas curvas nos da la forma de onda que resulta de la modulación.

Supongamos luego que la forma de onda de modulación del canal derecho sea la dada en la fig. 13a, y la señal modulada del canal izquierdo sea la dada en la fig. 13b, de acuerdo a lo dicho la señal compuesta se obtendrá trazando en un mismo gráfico las dos señales, fig. 13c, con sus amplitudes relativas, y luego considerando la parte encerrada por ambas curvas nos da la forma de onda compuesta, fig. 13d.

La conclusión también puede hacerse al revés: Dada la forma de onda compuesta, deducir de ella la forma de onda de los canales izquierdo y derecho.

Antes de resolver este problema, vamos a aclarar más el aspecto de la forma de onda de la fig. 13d. En esta figura se ha sombreado la parte de señal que tiene variación rápida. En rigor, la forma de onda, si la observamos más detenidamente tiene la variación indicada en la fig. 13e. Es decir, es una señal que tiene una ley de variación rápida superpuesta a una ley de variación lenta.

Figura 14

Estamos ahora en condiciones de determinar el problema inverso: dada la señal compuesta, cuya forma de onda es la indicada en la fig. 14a, determinar sus dos componentes. Los pasos a hacer son los siguientes:

1) Determinar las envueltas de esta señal, fig. 14b;

2) Dibujar las envueltas en forma independiente, fig. 14c y d.

El problema inverso puede resultar en algunos casos engorroso, pero la regla general es: las envueltas se hallan uniendo todas las crestas, y luego la curva que resulta de tomar sólo la envuelta formada por las crestas positivas y negativas, en forma

alternada, nos da la señal de los dos canales.

ANCHO DE BANDA Y PREENFASIS

En el caso de transmisión de una señal compuesta de estéreo múltiplex, el ancho de banda es superior al que se requiere en una recepción de FM normal.

Se puede decir que el ancho de banda requerido es de 240 a 300 khz, siendo el valor de 240 khz el mínimo aceptable. Esta es una de las diferencias que hacen a la buena recepción de la estereofonía en FM múltiplex.

La otra diferencia está en que el preénfasís de la señal de modulación se hace previa a la obtención de la señal compuesta, es decir se hace el preénfasis de la señal I y de la señal D en forma independiente, y por consecuencia en recepción se debe hacer el deénfasis de la señal obtenida sobre cada canal en forma independiente.

 

 

 


 

 

 
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