Modulación de Amplitud (AM)

[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Sergio Hernández Jiménez, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en "teoría de la señal y la comunicación", bajo la supervisión de José María Díaz Nafría.

Observaciones del Docente: Este artículo requiere las mejoras indicadas a continuación: Sería interesante completar el contenido, que por el momento describe la modulación en grandes rasgos, para incluir: (i) un análisis en frecuencia indicando el espectro de la señal modulada; (ii) la recepción de la señal AM. Si bien el código ofrecido supone una buena ilustración de la modulación AM, sería interesante para poder utilizar en simulaciones que incluya otros bloques, ofrecer una función que devolviera la señal modulada a partir de una señal moduladora de entrada y los parámetros básicos de la modulación ka y fp como parámetros.

Definición

La Modulación de Amplitud (abreviada comunmente como AM por su acrónimo en inglés, Amplitude Modulation) es un tipo de modulación en la que se modifica la amplitud de una señal portadora en función de una segunda señal moduladora que es la que realmente contiene la información que se quiere transmitir. Si se designa la señal portadora como $p(t)$ (con amplitud A_p y frecuencia f_p) y por otra parte se define la señal moduladora como $m(t)$, la forma general de una señal modulada en amplitud sería:

$x(t)=A_{p}[1+k_{a}m(t)]\cos(2\pi f_{p}t)$

Donde k_a se conoce como sensibilidad de amplitud y su unidades es inversa a la de la señal moduladora.

Características de la señal

La señal así generada tendrá una envolvente de la misma forma que la señal moduladora (cuya amplitud se supone menor que 1, $|m(t)|\leq 1\ \forall t$) siempre que se cumplan varias condiciones:

1. El valor absoluto de k_a es menor a 1. Si el valor de esta constante es mayor a 1, se obtienen señales sobremoduladas en las que aparece distorsión a nivel de la envolvente (con inversión de la fase de la portadora cuando 1+k_a se hace negativo), lo que hace que la detección de envolvente no sea suficiente para recuperar la señal original.
2. La frecuencia de la portadora (f_p) es mucho mayor que la frecuencia máxima de la señal moduladora.
   

Aplicaciones

Una de las aplicaciones más conocidas es la radio AM. Es interesante ver como la radio AM se inventó muy poco después de que Marconi realizase sus primeros descubrimientos respecto a las ondas hertzianas, así pues, la radio AM fue inventada en 1900, 33 años antes que la radio FM. La principal diferencia entre estos dos tipos de radio radica en las características de la modulación, mientras que la radio AM tiene mayor rango de cobertura, la radio FM tiene mayor ancho de banda. En su uso habitual en la radio, las prestaciones de AM frente a FM son bastantes similares; sin embargo en la radiodifusión es cuando el ancho de banda de FM se impone, consiguiendo una calidad de señal muy superior debido a que en AM la distorsión cuanto mayor es la distancia de propagación afecta de forma muy notable a la calidad de la señal.

Esta técnica también es muy usada en el campo de la música, utilizándose para conseguir efectos musicales como el trémolo, el cual es una onda portadora simple usualmente de menos de 20 KHz de frecuencia, la cual es modulada por una señal de entrada. Este efecto se utiliza en multitud de amplificadores de guitarra, sintetizadores o estaciones de audio digital.

Ejemplo con código

Figura: Resultado de la simulación de modulación AM generada en el código adjunto.

A continuación se adjunta un código desarrollado en Matlab en el se simula una modulación de amplitud.

Tm = 10^-5;    % Periodo de muestreo
t = 0:Tm:0.2;  % vector de tiempos
Ap = 2.5;      % Amplitud de la portadora
fp = 800;      % Frecuencia portadora
ka = 0.5;      % Sensibilidad de la amplitud

% Señal moduladora
mt = sin(2*pi*80*t).*cos(2*pi*160*t) + sin(100*pi*t)
subplot(2,2,1), plot(t,mt), grid on, xlim([0, 0.20]), ylim([-2, 2]) 
xlabel('t (s)'), ylabel('m(t)'), title('Moduladora')

% Señal Portadora
pt = Ap*sin(2*pi*fp*t); 
subplot(2,2,2), plot(t,pt), grid on, axis([0, 0.02,-3,3])
xlabel('t (s)'), ylabel('p(t)'), title('Portadora')

% Modulación AM
am1 = pt.*(1+ka.*mt);
subplot(2,1,2)
plot(t,am1), grid on, xlim([0, 0.020]), hold on  % señal modulada
plot(t, Ap.*(1+ka.*mt));                         % envolvente
title('Señal modulada '); xlabel('t (s)'); ylabel('AM');

Referencias

Amplitud modulada. (2022, 20 junio). Wikipedia. Recuperado 19 de agosto de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_modulada

Jsgarcia, J. (2019, 12 noviembre). Modulación de amplitud (AM) y sus variantes. Medium.com. Recuperado 19 de agosto de 2022, de https://medium.com/modulaci%C3%B3n-por-amplitud-am-y-sus- variantes/modulaci%C3%B3n-de-amplitud-am-y-sus-variantes-6b7d575d2698

Radio AM. (2022, 7 agosto). Wikipedia. Recuperado 19 de agosto de 2022, de https://es.wikipedia.org/wiki/Radio_AM