Modulación de frecuencia
La frecuencia oscila, la amplitud se mantiene
La curva dorada tenue de arriba es el mensaje, y la onda azul de abajo es la portadora modulada en FM. Al subir la desviación con el deslizador, las crestas de la portadora se apiñan bajo el pico del mensaje y se espacian bajo el valle. Mientras tanto, las líneas doradas punteadas por encima y por debajo de la onda, es decir, la amplitud, no se mueven.
El mensaje monta sobre la frecuencia
Si AM hacía oscilar la amplitud, FM la deja quieta y, en su lugar, empuja y frena al ritmo del mensaje cuántas veces por 1 segundo oscila la portadora, es decir, su frecuencia instantánea. La frecuencia instantánea se escribe f(t) = fc + kf m(t): cuanto mayor es el valor del mensaje, más rápido oscila la portadora. Como la amplitud no cambia, la envolvente es una recta plana, igual que las líneas doradas punteadas de la gráfica.
El índice β fija el ancho
La mayor distancia a la que la frecuencia instantánea se aleja de la frecuencia portadora se llama desviación Δf. Al dividirla por la frecuencia del mensaje fm se obtiene β = Δf/fm, el índice de modulación de FM. Si β es menor que 1, la frecuencia apenas tiembla y se trata de FM de banda estrecha; si es mayor que 1, la frecuencia oscila ampliamente y es FM de banda ancha. La fase es la integral de la frecuencia en el tiempo, así que la señal se escribe s(t) = Ac cos(2π fc t + β sin(ωm t)).
La regla de Carson y la inmunidad al ruido
La regla de Carson estima el ancho de banda de FM como B = 2(Δf + fm). Es decir, cuanto mayor es la desviación, más espectro ocupa. A cambio, como la información está solo en la frecuencia, el receptor puede recortar la amplitud a un nivel fijo con un limitador y tirar de golpe el ruido pegado a la amplitud. Ceder ancho de banda para comprar inmunidad al ruido es el trato central de FM.
De vuelta a la primera pantalla
Al subir la desviación, la portadora se apiñó más bajo el pico del mensaje y se espació más bajo el valle, pero la amplitud, dibujada con líneas doradas punteadas, siguió plana hasta el final. Al principio, con la desviación cerca de 0, la portadora estaba prácticamente sin modular y se marcaba en rojo; cuando β creció lo bastante para llegar a FM de banda ancha, el indicador pasó a dorado. De FM hay que recordar que el mensaje está en la frecuencia instantánea y no en la amplitud, así que el ruido de la amplitud se puede recortar sin más.
En la próxima unidad
Con AM y FM se cierra la modulación analógica. Desde la siguiente unidad, el mensaje se convierte en números. Primero viene PCM, que muestrea una señal continua a intervalos regulares, corta los valores en escalones y los anota en bits. El punto de partida es el teorema de muestreo: si se muestrea con suficiente frecuencia, la señal original se puede reconstruir tal cual.