Demodulación

La demodulación consiste en extraer la señal portadora de información original de una onda portadora. Un demodulador es un circuito electrónico (o programa informático en una radio definida por software) que se utiliza para recuperar el contenido de información de la onda portadora modulada. Hay muchos tipos de modulación por lo que hay muchos tipos de demoduladores. La señal de salida de un demodulador puede representar sonido (una señal de audio analógica), imágenes (una señal de video analógica) o datos binarios (una señal digital).

Estos términos se usan tradicionalmente en relación con los receptores de radio, pero muchos otros sistemas usan muchos tipos de demoduladores. Por ejemplo, en un módem, que es una contracción de los términos modulador/demodulador, se usa un demodulador para extraer un flujo de datos digitales en serie de una señal portadora que se usa para transportarla a través de una línea telefónica, cable coaxial o fibra óptica..

Historia

La demodulación se utilizó por primera vez en receptores de radio. En los sistemas de radio de telegrafía inalámbrica utilizados durante las primeras 3 décadas de la radio (1884-1914), el transmisor no comunicaba audio (sonido), sino que transmitía información en forma de pulsos de ondas de radio que representaban mensajes de texto en código Morse. Por lo tanto, el receptor simplemente tenía que detectar la presencia o ausencia de la señal de radio y producir un sonido de clic. El dispositivo que hizo esto se llamó detector. Los primeros detectores fueron coherers, dispositivos simples que actuaban como un interruptor. El término detector se mantuvo, se usó para otros tipos de demoduladores y continúa usándose hasta el día de hoy para un demodulador en un receptor de radio.

El primer tipo de modulación utilizada para transmitir sonido a través de ondas de radio fue la modulación de amplitud (AM), inventada por Reginald Fessenden alrededor de 1900. Una señal de radio AM se puede demodular rectificándola para quitar un lado de la portadora y luego filtrándola. para eliminar el componente de radiofrecuencia, dejando solo el componente de modulación de audio. Esto es equivalente a la detección de picos con una constante de tiempo adecuadamente larga. La amplitud de la frecuencia de audio recuperada varía con la señal de audio de modulación, por lo que puede impulsar un auricular o un amplificador de audio. Fessendon inventó el primer demodulador de AM en 1904 llamado detector electrolítico, que consiste en una aguja corta que se sumerge en una taza de ácido diluido. El mismo año, John Ambrose Fleming inventó la válvula Fleming o diodo termoiónico que también podía rectificar una señal de AM.

Técnicas

Existen varias formas de demodulación según cómo se transmitan los parámetros de la señal de banda base, como la amplitud, la frecuencia o la fase, en la señal portadora. Por ejemplo, para una señal modulada con una modulación lineal como AM (modulación de amplitud), podemos utilizar un detector síncrono. En cambio, para una señal modulada con una modulación angular, debemos utilizar un demodulador FM (modulación de frecuencia) o un demodulador PM (modulación de fase). Diferentes tipos de circuitos realizan estas funciones.

Muchas técnicas, como la recuperación de la portadora, la recuperación del reloj, el deslizamiento de bits, la sincronización de tramas, el receptor de rake, la compresión de pulsos, la indicación de intensidad de la señal recibida, la detección y corrección de errores, etc., solo las realizan los demoduladores, aunque cualquier demodulador específico puede realizar sólo algunas o ninguna de estas técnicas.

Muchas cosas pueden actuar como un demodulador, si transmiten las ondas de radio de forma no lineal.

Radio AM

Una señal de AM codifica la información en la onda portadora variando su amplitud en simpatía directa con la señal analógica que se va a enviar. Hay dos métodos utilizados para demodular señales de AM:

• El detector de sobres es un método muy simple de demodulación que no requiere un demodulador coherente. Consiste en un detector de sobres que puede ser un rectificador (cualquier cosa que pase la corriente sólo en una dirección) u otro componente no lineal que mejora la mitad de la señal recibida sobre la otra y un filtro de baja velocidad. El rectificador puede estar en forma de un solo diodo o puede ser más complejo. Muchas sustancias naturales exhiben este comportamiento de rectificación, por lo que fue la primera técnica de modulación y demodulación utilizada en la radio. El filtro es generalmente un tipo de paso bajo RC pero la función de filtro se puede lograr a veces dependiendo de la respuesta de frecuencia limitada de los circuitos después del rectificador. El conjunto de cristal aprovecha la sencillez de la modulación AM para producir un receptor con muy pocas partes, utilizando el cristal como el rectificador y la respuesta de frecuencia limitada de los auriculares como el filtro.
• El detector de productos multiplica la señal entrante por la señal de un oscilador local con la misma frecuencia y fase que el portador de la señal entrante. Después de filtrar, la señal de audio original resultará.

SSB es una forma de AM en la que la portadora se reduce o suprime por completo, lo que requiere una demodulación coherente. Para leer más, consulte la banda lateral.

Radio FM

Ejemplo de recuperación del portador QPSK error de fase causando un desplazamiento de rotación fijo de la constelación de símbolo recibida, X, relativa a la constelación prevista, O.

La modulación de frecuencia (FM) tiene numerosas ventajas sobre AM, como una mejor fidelidad e inmunidad al ruido. Sin embargo, es mucho más complejo tanto modular como demodular una onda portadora con FM, y AM es anterior en varias décadas.

Hay varios tipos comunes de demoduladores de FM:

• El detector de cuadrículas, cuya fase cambia la señal en 90 grados y la multiplica con la versión no rota. Uno de los términos que se desprenden de esta operación es la señal de información original, que se selecciona y amplifica.
• La señal se introduce en un PLL y la señal de error se utiliza como la señal desmodulada.
• El más común es un discriminador de Foster-Seeley. Esto se compone de un filtro electrónico que disminuye la amplitud de algunas frecuencias relativas a otras, seguido de un demodulador AM. Si la respuesta del filtro cambia linealmente con frecuencia, la salida analógica final será proporcional a la frecuencia de entrada, según se desee.
• Una variante del discriminador de Foster-Seeley llamada detector de ratios
• Otro método utiliza dos demoduladores AM, uno sintonizado al extremo alto de la banda y el otro al extremo bajo, y alimenta las salidas en un amplificador de diferencia.
• Usando un procesador de señal digital, como se utiliza en la radio definida por software.

PM

Estructura del receptor para QPSK. Los filtros emparejados pueden ser reemplazados por correladores. Cada dispositivo de detección utiliza un valor umbral de referencia para determinar si se detecta un 1 o 0.

QAM

La demodulación QAM requiere un receptor coherente.