Señales Comunicaciones 1 SEÑALES Como idea principal se debe considerar que el éxito en una transmisión de información, se debe fundamentalmente a dos aspectos, la calidad de la señal y las características del medio sobre el cual se transmite la información. En primer término daremos un concepto de los que son las señales u ondas electromagnéticas: Una señal u onda electromagnética es una forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio. El físico James Maxwell demostró en el año 1865, mediante sus famosas ecuaciones, que tanto la electricidad y el magnetismo, son exteriorizaciones del mismo fenómeno: el campo electromagnético. A posterior Heinrich Hertz verifico empíricamente su existencia y propiedades. Seguramente ambos no llegaron a entender la importancia de semejante descubrimiento para el desarrollo para el área de las comunicaciones. Un Tiempo después, Guillermo Marconi inventó el transmisor y el receptor de las ondas electromagnéticas anteriormente referidas, pudiendo transmitir la voz humana a larga distancia. La señal que se transmite esta referenciada generalmente a una tensión eléctrica que puede transportar información que se desea transmitir. Hay dos formas de expresarlas, una de ellas es la señal analógica o continua: Una señal analógica tiene las siguientes características: 1. 2. 3. 4. Es ondulante. Tiene un voltaje que varía continuamente en función del tiempo. Es típica de los elementos de la naturaleza. Se ha utilizado ampliamente en las telecomunicaciones durante más de 100 años. El gráfico muestra una onda sinusoidal pura. Las dos características importantes de una onda sinusoidal son su amplitud (A), y el período (T = longitud de tiempo) necesario para completar 1 ciclo. 2 Además se puede calcular la frecuencia (f) (nivel de ondulación) de la onda con la siguiente expresión matemática f = 1/T. (1) Imagen 1-1 Características de una onda senoidal. Fuente: Adaptado Gráficos CCNA - Cisco 2004. El otro tipo de señal es la digital o discreta. Una señal digital tiene las siguientes características: 1. Las curvas de voltaje vs tiempo muestran una variación discreta o pulsante. 2. Es típica de la tecnología, más que de la naturaleza. El próximo gráfico muestra una señal digital. Estas señales tienen una amplitud fija durante un tiempo determinado, aunque el ancho de sus pulsos, T y frecuencia se pueden modificar. Las señales digitales de las fuentes modernas se pueden aproximar a través de una onda rectangular, que tenga transiciones aparentemente instantáneas casi sin ondulaciones. Aunque esta sea una semejanza se empleará en los próximos gráficos. (2) Imagen 2-1 Señal Digital. 3 Fuente: Adaptado Gráficos CCNA - Cisco 2004. MUESTREO Una señal continua en el tiempo no necesita ser transmitida en su totalidad para poder ser recuperada. Nyquist demostró que si de una señal se toman muestras espaciadas por lo menos al doble de su frecuencia es posible recuperar la señal original mediante métodos adecuados de filtrado: (3) Imagen 3-1 Muestreo. Si se toman más muestras se obtendrá una mejor representación de la señal original. 4 La recuperación de la señal se realiza a través de la aplicación de la señal muestreada a un filtro pasa bajos. Fuente: Adaptado de Sistemas de Comunicaciones, 1ra Edición-2003, Pedro Danizio De donde podemos expresar que para que una señal muestreada pueda ser recuperada es menester que la frecuencia de muestreo sea por lo menos el doble de la original. Esto implica que existe por lo menos una muestra por cada hemiciclo de la señal (Tasa de Nyquist). Pero si se aumenta la frecuencia de muestreo es mejor la recuperación de la señal. Se expresó que una señal de 1 KHz necesita por lo menos 2000 muestras para ser muestreada. Se utilizará de manera indistinta la velocidad o frecuencia de muestreo con el símbolo VPAM , la unidad será muestras / segundos. Esto significa que por cada dos muestras ocupamos 1 Hz de ancho de banda, de donde en esta situación esas 2000 muestras están ocupando 1 KHz de ancho de banda 5 Si por ejemplo deseamos muestrear dicha señal con un número mayor de muestras tal como 4000, el ancho de banda aún es mayor y vale 2 KHz. De tal manera que a mayor frecuencia de muestreo aplicada a la señal crece el ancho de banda. Dada una señal cuya frecuencia máxima es de 10 KHz. Determinar: a) La frecuencia mínima de muestreo (Tasa de Nyquist). b) Realizar una tabla con el ancho de banda que ocuparía la señal muestreada para frecuencias de muestreo tales dos, cuatro y ocho veces la frecuencia máxima de la señal. Respuestas: a) La tasa de Nyquist es el doble de la frecuencia a muestrear por lo tanto: Este cálculo del ancho de banda de la señal muestreada, se hace considerando todos los canales como ideales, en la práctica este valor es algo mayor dependiendo de cuanto nos alejamos del canal ideal. MODULACIÓN 6 En las telecomunicaciones el término modulación engloba un grupo de técnicas que permiten transportar información sobre una onda portadora, generalmente una señal sinusoidal. Las técnicas de modulación permiten, a través de distintos esquemas, un mejor aprovechamiento del canal de comunicación, con lo que se permitiría transmitir más información de manera simultánea y también proteger la información de posibles interferencias y ruidos. Fundamentalmente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la señal que es portadora de la información, cambie de valor conforme con las variaciones de otra señal, que es la que modula la información que queremos transmitir. La modulación surge de la necesidad de transportar información a través de un canal de comunicación a la mayor distancia posible y con el menor costo. Este es un proceso mediante el cual dicha información (onda moduladora) se inserta a un soporte de transmisión. Existen varios motivos para realizar la modulación, algunos de ellos son: 1. Facilita la propagación de la señal de información por cable o por el aire. 2. Ordena el radioespectro, distribuyendo canales a cada información distinta. 3. Disminuye dimensiones de antenas. 4. Optimiza el ancho de banda de cada canal. 5. Evita interferencia entre canales. 6. Protege a la información de las degradaciones por ruido. 7. Define la calidad de la información trasmitida. Sintetizando, la modulación acomoda y optimiza la señal que transporta la información, al canal de transmisión. 7 8 Referencia Bibliográfica: Tanenbaum, A. S. (2010). Redes de Computadoras, 5/E. Editorial Pearson. William, S. (2004). Comunicaciones y Redes de Computadoras, 7/E. Editorial Prentice Hall. 9
