Tecnologías de la comunicación
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Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño Tecnologías de la comunicación. COMUNICACIÓN. Por comunicación se entiende el intercambio de información (mensajes) entre dos o más elementos (personas, máquinas, persona/máquina). El mensaje puede ser de voz, texto, datos, ó imágenes fijas o en movimiento y en el caso de que esta comunicación se produzca a distancia, mediante el empleo de diversos dispositivos (hilos, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas electromagnéticos, (microondas, satélites)) se denomina Telecomunicación. Un poco de historia. El texto fue el primer tipo de mensaje (telegrama) que se empezó a transmitir gracias a la invención del alfabeto Morse (1837). En 1876 se inventó el teléfono (Graham Bell) que permitía la comunicación a distancia de la voz. A principios del siglo XX se empezaron a aplicar las ondas electromagnéticas para la transmisión a distancia de diversos tipos de mensajes y, así, surge la telegrafía sin hilos (primer emisor de ondas de radio, Marconi 1895), poco después la radio y en la década de los 30 la televisión (John L. Baird). A partir de ahí, el avance en las telecomunicaciones ha sido imparable. En 1947 se inventa el transistor (laboratorios Bell), en 1958 el Láser, módem y la TV en color, en 1962 se coloca en órbita el satélite Testar de comunicaciones y en 1970 aparece la fibra óptica y los microchips. • La unidad básica de información es el bits y se representa por la letra “b”. Es un término que procede de la contracción de las palabras inglesas binary digit (dígito binario) y puede tomar los valores “0” y “1”. • La velocidad de transmisión se expresa en bits por segundo, (bps, b/s, bit/s) • El byte es una unidad de información formada generalmente por una agrupación de 8 bits (octeto) y se representa por “B”. Es un término que procede de la contracción de las palabras inglesas Binary Term. • 1 byte = 8 bits. 1 kilobyte (KB) = 1024 byte. 1 Megabyte (MB) = 1024 KB 1 Gigabyte (GB) = 1024 MB 1 Teba byte (TB) = 1024 GB El intercambio de información entre dos o mas elementos puede ser: 1. Según su direccionalidad: a)Unidireccional . (Orador, radio, televisión tradicional, walkie tolkie. b) Bidireccional . 2. En función de los interlocutores: a) Entre personas. b) Personas/ máquinas. c) Máquinas. Elementos de una comunicación. Emisor o fuente. Persona, ordenador, automatismo, etc que genera la información que se envía. Medio o canal. Soporte físico (aire, hilos, fibra óptica, etc) a través del cual se envía la información. EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño Protocolo. Conjunto de reglas ortográficas, sintácticas, semánticas, etc, que hace posible que el emisor y el receptor se entiendan. En comunicación entre personas, el protocolo es el idioma. Receptor o colector. Persona, ordenador, automatismo, etc, que recibe e interpreta la información. Ejercicio. Establece la correspondencia entre los textos de la columna izquierda y los textos de la columna derecha. Televisor. Conjunto de reglas. Emisor. Comunicación bidireccional. Protocolo. Envío de información. Teléfono. Comunicación unidireccional. Medios de transmisión. Su finalidad es “transmitir entre usuarios “la señal” con las menores pérdidas y distorsión posible a la máxima velocidad. Los principales medios son: 1. Alámbricos o guiados. Se caracterizan por estar formados por uno o mas hilos de cables conductores eléctricos u ópticos. Entre ellos se encuentran • Cables de pares trenzados. • Cables coaxiales. • Fibra óptica. 2. Inalámbricos o no guiados. Es el aire el medio de transmisión. Entre ellos están: • Ondas de radio. • Microondas • Infrarrojos. Cables de pares trenzados. Están formado por pares de conductores de cobre, trenzados para evitar interferencias y, además identificado por un código de colores que facilita su localización.. Si se necesitan agrupar varios pares, se puede hacer, existiendo cables con hasta varios cientos o miles de ellos. Si no llevan pantalla exterior, se denominan UTP, y si la llevan STP. Se aplican fundamentalmente en telefonía. Cables coaxiales. Están constituido por dos conductores de cobre o aluminio. El mas externo forma una malla conductora en cuyo interior se encuentra el otro conductor cilíndrico y macizo (núcleo), existiendo entre ellos un aislante eléctrico.. Exteriormente lleva otro recubrimiento plástico para proteger y aislar la malla. Son menos susceptibles a las interferencias que el par trenzado, aunque por otro lado son menos flexibles que estos. Se utilizan para transmitir señales de lata frecuencia (300 kHz) principalmente en la distribución de las señales de televisión desde la antena al receptor y en telefonía. Cables de fibra óptica. La fibra óptica es un medio de transmisión constituido por un núcleo de vidrio o plástico y un revestimiento que mantiene la luz en su interior. Presenta dos grandes ventajas frente a los cables de cobre: un mayor ancho de banda e inmunidad frente a EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño interferencias electromagnéticas, por lo que va sustituyendo a los coaxiales a medida que se va reduciendo el precio y se alcanzan mayores distancias sin repetidores. La señal eléctrica se transforma en luminosa y es esta la que viaja a través del cable. Presenta un ancho de banda de 2 Gbits/s. Ondas de radio. La técnica de transmisión se caracteriza por la utilización de emisores y receptores de radiofrecuencia. Necesitan además, la instalación de las correspondientes antenas para enviar y recibir la señal. Algunas de sus principales características son: • Se propagan en entornos cerrados. • Son sensibles a interferencias. • Su uso está regulado por la legislación. • Adecuadas para la difusión de información a varios destinos simultáneamente. Microondas. Se utilizan para comunicaciones terrestres y vía satélite. Por sus características (elevada frecuencias y ondas unidireccionales), se precisa que las antenas de emisión y recepción tengan enlace visual sin obstáculos. Se utilizan en largas distancias, entre 10 y 100 km, para comunicaciones terrestres sin emplear repetidores y 36.000 km para los satélites de comunicaciones. Su principal aplicación radica en los enlaces de telefonía y televisión. Infrarrojos. Para transmitir la información se utiliza la radiación infrarroja. Se caracteriza por: • No se pueden atravesar obstáculos. • Se propagan en línea recta. • Baja distancia entre emisor y receptor. Se utilizan en enlaces punto a punto (auriculares, inalámbricos, etc) Tipos de señales utilizadas en los sistemas de comunicación. La información a transmitir se ha de convertir en una señal, por ejemplo eléctrica, que se adapte al medio de transmisión empleado, aprovechando sus características. Son dos los tipos de señales que se pueden transmitir: • Analógicas • Digitales. Las señales analógicas son aquellas que varían con el tiempo de forma continua, por ejemplo, la velocidad de transmisión por voz, la proporcionada por un micrófono, la variación de temperatura. Las características principales de una señal analógica periódica son: Amplitud o valor de la señal. Frecuencia (f) o número de veces que la señal se repite en un segundo. c/s = Hercios. (Hz). Periodo (T) o tiempo que tarda en repetirse la señal. EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño Longitud de onda. (λ) o espacio recorrido por la señal durante el tiempo correspondiente a un ciclo completo. T = 1/f f = 1/T λ = c/ f c en m/s f en Hz. Ejercicio. Determina la longitud de onda de una señal de 27 MHz de frecuencia, suponiendo que su velocidad de transmisión es la de la luz. c = 3 108 m/s f = 27 106 Hz λ = 11,1 m. Las señales digitales son aquellas que solo pueden tomar un número finito de valores. Por ejemplo, la señal obtenida en la lectura de un disco compacto de música, las posiciones de un interruptor, etc. La modulación. Las señales a transmitir, tanto analógicas como digitales, se han de adaptar al medio de transmisión empleado. Al proceso de transformación de la señal para su adaptación al medio de transmisión se le denomina modulación y al dispositivo que lo realiza modulador. En el receptor, para que la información pueda utilizarse, se ha de realizar el proceso contrario, denominado remodelación. Cuando se transmiten señales analógicas, los tipos de modulación mas conocidos son: • Modulación en amplitud (AM) • Modulación en frecuencia (FM) En los anteriores tipos de modulación, intervienen tres tipos de señales: • Señal moduladora que contiene la información a transmitir. • Señal portadora que es una señal de una frecuencia mucho mayor que la moduladora y que actúa de “transporte” de esta. • Señal modulada que es la obtenida a partir de las dos anteriores, la cual está adaptada al medio de transporte Modulación en amplitud. (AM) Consiste básicamente en obtener una onda de frecuencia constante e igual a la de la señal portadora, pero de amplitud variable, dependiendo en cada instante del valor de la señal moduladora. Modulación en frecuencia (FM). La onda modulada en frecuencia se caracteriza por poseer amplitud constante pero su frecuencia depende en cada instante del valor de la señal moduladora. Ancho de banda. Las señales utilizadas en telecomunicación ocupan un determinado espacio, llamado ancho de banda. Cada señal según sus características puede ocupar mas o menos espacio, es decir, tener un ancho de banda mayor o menor, En función de esto, las señales se clasifican en: • Señales de BANDA ESTRECHA. (ejemplo, la señal telefónica) • Señales de BANDA ANCHA (ejemplo, señal de video) EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño Se entiende por “ancho de banda de un canal” al rango de frecuencias que un canal permite. Cuando la señal es digital, el ancho de banda no se indica en Hz sino que se mide en bits/s. Resumen. Tipos de señales. Según su naturaleza. ANALÓGICAS. DIGITALES. Según la información. MODULADORA. PORTADORA. MODULADA. Según su ancho de banda. BANDA ESTRECHA. BANDA ANCHA. El espectro radioeléctrico. El rango de frecuencias utilizables para las comunicaciones por ondas electromagnéticas constituye el denominado espectro radioeléctrico. Dicho espectro va desde 3kHz hasta 50 GHz aunque para uso experimental llega hasta 300 GHz. El espectro radioeléctrico está dividido en bandas de frecuencia cuyo uso está regulado por un organismo con competencias en la materia. Representamos de forma simplificada las frecuencias del espectro radioeléctrico y su relación con la longitud de onda, así como cada una de las bandas en que está dividido, son ocho bandas de frecuencias cada una de las cuales tiene una frecuencia 10 veces superior a la inmediatamente anterior. Por encima de ellas se encuentran las frecuencias correspondientes con los infrarrojos, luz visible, rayos ultravioletas, rayos X y rayos Gamma. (ver transparencia) VLF. Muy bajas frecuencias. 3 kHz a 30 kHz. Ultralargas o miriamétricas. (10 km a 100km). Enlaces entre estaciones fijas. Gran alcance. LF. Frecuencias bajas.30 kHz a 300kHz. Largas o kilométricas.(1 km a 10 km). Radio de gran alcance. MF. Frecuencias medias. 300 kHz a 3MHz. Medias o hectométricas. (100m a 1 km). Radioaficionados, radiodifusión, radio marítima. HF. Altas frecuencias. 3 MHz a 30 MHz. Cortas o decamétricas. (10 m a 100 m). Radioaficionados, radiodifusión, medicina. VHF. Muy altas frecuencias. 30 MHz a 300 MHz. Ultracortas o métricas. (1 m a 10 m). Televisión, radioaficionados, radiodifusión, policía, navegación aérea, etc. UHF. Ultra altas frecuencias. 300MHz a 3 GHz. Ultracortas o decimétricas. (0,1 m a 1 m). Televisión, radioaficionados, radiodifusión, policía, navegación aérea, enlaces de telecomunicaciones, etc. SHF. Microondas. Super altas frecuencias. 3 GHz a 30 GHz. Ultracortas o centimétricas (1cm a 0,1 m). Satélites y radares. EHF. Frecuencias extremadamente altas. 30 GHz a 300 GHz. Milimétricas (1mm a 1cm). Satélites y radares. EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño La radio. La radio consiste en la emisión, utilizando ondas electromagnéticas, del sonido (voz y/o música), que se recibe en un receptor, situado a distancia, que reproduce los sonidos de manera audible para los seres humanos. Es un sistema de comunicación inalámbrico. Funcionamiento de la comunicación radiofónica. Como en cualquier sistema de comunicación a distancia, existen tres bloques perfectamente diferenciados: el emisor, el medio de transmisión y el receptor. El sonido, mediante la utilización de micrófonos, se convertirá en una señal eléctrica que modulará a la portadora. La señal así obtenida (modulada), se amplificará para ser emitida al espacio a través de una antena en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas serán captadas por la antena del receptor el cual realizará el proceso inverso para obtener, a través del altavoz, el sonido original. Cuanto menor sea la frecuencia (mayor longitud de onda), mejor se propagan las ondas de radio, por lo que el alcance es mayor y viceversa. Así, las emisiones de baja frecuencia LF ( lo que se conoce como onda larga) y MF (onda media) permiten superar grandes distancias, viajando las ondas siguiendo la curvatura de la Tierra (ondas terrestres o de superficie) o reflejándose en la ionosfera, una capa situada entre 50 y 600 km de altura en donde tienen lugar los efectos de ionización, (ondas espaciales o ionosféricas) caso de las emisiones HF (onda corta), con lo que se consigue un alcance de varios miles de kilómetros, mientras que si la frecuencia aumenta, el alcance es mucho menor y se limita como mucho a la línea del horizonte (alcance óptico), lo que sucede por ejemplo en las emisiones de TV en las bandas de VHF y UHF, que abarcan de 47 hasta 862 MHz (en la banda II se ubican las emisiones de radio FM), por lo que se hace necesario utilizar repetidores. Para frecuencias mucho mas altas, dentro de las microondas que abarcan entre 1 y 300 GHz (longitud de onda entre 30 cm y 1 mm), se utilizan dispositivos especiales, como los satélites de comunicaciones, para dar cobertura mundial. En resumen Formas de propagación de las ondas: • Ondas directas (o de contacto visual). VHF. (30 MHz a 300 MHz.) (Para frecuencias altas y muy altas). UHF. (300 MHz a 3 GHz) • Ondas superficiales o terrestres. LF, MF. (Para frecuencias bajas y medias) • Ondas espaciales o ionosféricas. HF (3 MHz a 30 MHz) (Para frecuencias cortas) El emisor. La señal eléctrica en la que se ha convertido el sonido, procedente de distintos dispositivos (micrófono, reproductor de cinta magnética, de compact-disc, etc), bien directamente o tratada mediante mesas de mezclas, se amplificará adecuadamente constituyendo la señal moduladora. Mediante osciladores de radiofrecuencia se EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño generará la onda portadora, de frecuencia estable, la cual convenientemente amplificada será el “vehículo” de transporte de la señal moduladora. Posteriormente se realiza la modulación en amplitud o frecuencia (AM o FM) obteniéndose la señal modulada, que una vez amplificada será emitida al espacio a través de la antena. La antena es un conductor capaz de radiar o absorber energía del espacio circundante cuya longitud es un múltiplo o divisor entero de la longitud de onda de la señal emitida. El receptor. Realizará el proceso inverso al emisor. Un receptor de radio elemental constará de los siguientes elementos: • Antena receptora, en la que se captarán las ondas emitidas por la estación transmisora, transformándose en señales eléctricas. • Circuito de radiofrecuencia, formado por varias etapas, es el encargado de seleccionar y amplificar la señal de radiofrecuencia procedente de una de las estaciones emisoras. • Circuito detector que recupera la información sonora (señal moduladora). • Amplificador de audiofrecuencia encargado de aumentar la potencia de la débil señal que entrega el detector. • Altavoz, que convierte la señal eléctrica proporcionada por el amplificador de audiofrecuencia en sonido. Este sistema tiene múltiples inconvenientes, entre los que destacan su baja selectividad y deficiente sensibilidad, lo que le hace carecer de aplicación práctica. El receptor superheterodino llamado así ya que realiza la mezcla de la señal procedente de la antena con otra, también de radiofrecuencia, para obtener una tercera, cuya frecuencia es la diferencia de las dos anteriores. Esta nueva señal, denominada de frecuencia intermedia, es mas fácil de amplificar y seleccionar, por lo que el receptor superheterodino resulta extremadamente sensible y selectivo. Para terminar. Las primeras emisiones de radio empezaron utilizando modulación en amplitud (AM), pero dado que el nivel de reproducción de las frecuencias estaba limitado por cuestiones técnicas a la banda de 20 a 5000 Hz y la señal era mono (un único canal), la calidad para la reproducción de música dejaba mucho que desear, aparte de las posibles interferencias que se pudiesen producir, por lo que tan pronto fue técnicamente posible (años 60) se empezó a emitir en frecuencia modulada (FM), estéreo, con dos canales y con un rango de frecuencia mayor, llegando a alcanzarse los 15000 Hz. Ahora la tendencia es a utilizar la radio digital (DAB/Digital Audio Broadcast) que ofrece una mejor calidad y una mayor cobertura, pero hasta que este tipo de receptores no se popularice, bajando su precio, seguiremos utilizando los receptores analógicos. Por lo tanto, en la radio FM se mandan dos canales, canal izquierdo y canal derecho y cada uno de ellos entre 50 y 15000 Hz. EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño La televisión. Es un sistema de transmisión a distancia de imágenes y sonido, por vía eléctrica, ondas de radio u ópticas. • El precursor de la televisión fue Paul Nipkow, quien en 1884 patentó un dispositivo que aunque mecánico, era capaz de explorar imágenes y descomponerlas en puntos de luz. • En 1897 Ferdinand Braum inventó el tubo de rayos catódicos en los que se basan la mayoría de los receptores de televisión y en 1923 Vladimir Zworykin desarrolló el primer sistema de captación de imágenes denominado tubo iconoscopio. • La primera emisión regular de televisión tuvo lugar en 1926 en los estudios de la BBC, por el ingeniero John Logie Baird. Funcionamiento de la televisión. Al igual que en la comunicación radiofónica, son tres los bloques componentes del sistema: el emisor, el medio de transmisión y el receptor, si bien su complejidad es mucho mayor. La cámara de televisión. La luz, proveniente de la imagen captada, pasa en primer lugar por un sistema óptico (lentes). Detrás de este se encuentra un conjunto de espejos, denominados dicroicos, encargados de descomponer la luz. Se obtienen de esta forma, tres imágenes monocromáticas; cada una de ellas en un color denominado primario (rojo, verde, azul) y que combinados corresponden a la imagen original. Tras los espejos dicroicos, tres tubos de cámara se encargarán de obtener otras tantas señales eléctricas, cada una correspondiente a uno de los colores primarios. Por otra parte, un micrófono se encarga de recoger el sonido del ambiente en el que se desarrolla la escena y transformarlo en otra señal eléctrica. Formación de la imagen. La imagen para su tratamiento electrónico, se divide en líneas horizontales y cada una de ellas en un determinado número de elementos de imagen. La definición de una imagen viene dada por el número de elementos de imagen que la componen y el tamaño de estos. Esta información es pasada a formato electrónico y se transmite hasta el receptor de televisión, que la reproduce en una secuencia de rastreo de izquierda a derecha y de arriba a bajo. Para reducir el parpadeo y las variaciones de brillo durante el proceso de barrido, cada imagen de televisión se divide en dos segmentos entrelazados (campos impar y par), barriéndose primero las líneas impares y luego las pares son integradas en los espacios intermedios. En los televisores de 100Hz, se almacena cada imagen y se repite, con lo que se duplica el número de imágenes que vemos y se disminuye el parpadeo. Los primeros sistema de TV utilizaban muy pocas líneas (baja definición) y además, eran distinto para cada país, siendo incompatibles entre sí. Hoy en día, en Europa y algunas otras partes del mundo se utiliza el sistema de TV llamado PAL (Phase Alternate Line), compuesto por 625 líneas y 25 imágenes por segundo que proporcionan una alta definición, ya que al transmitir cada fotograma (cuadro) como EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño dos imágenes entrelazadas (campos), se ven 50 imágenes por segundo. En Estados unidos sin embargo, las emisoras y los fabricantes de receptores adoptaron la norma NTSC (Nacional Televisión System Comité) de 525 líneas horizontales por fotograma y una frecuencia de 3 fotogramas por segundo, la mitad del ciclo de la corriente eléctrica que es de 60 Hz, lo que disminuye el parpadeo de la imagen. El sistema francés SECAM (Sistema electrónico de Color con memoria) tiene 625 líneas con 25 fotogramas por segundo. Otra característica a tener en cuenta es la relación de aspecto o razón entre la anchura y la altura de la imagen. En la actualidad es de 4:3; si bien tambien se utiliza la realción 16:9. El receptor de televisión. Es el encargado de transformar las ondas radioeléctricas que recibe en su antena en imágenes y sonido. Las partes mas importantes de un receptor de televisión son: • Antena receptora, encargada de captar las ondas emitidas por la estación transmisora, transformándola en señales eléctricas. Cuando la transmisión es por cable, las señales eléctricas se reciben directamente, no siendo necesario la antena receptora. • Circuitos de tratamiento de la señal de televisión, encargados de seleccionar la estación emisora deseada y tratar adecuadamente la señal eléctrica recibida, para obtener las señales correspondientes a los tres colores primarios y la información de sonido. • Tubo de imagen, el mas conocido es el tubo de máscara que consta principalmente de: o Cañones de electrones, que en un número de tres (uno por cada color primario) generan haces de electrones de intensidad variable, dependiendo de la cantidad de rojo, verde o azul del elemento de imagen que en cada momento se pretende representar en pantalla. o Bobina de desviación magnética cuya función es la de desviar los ahces de electrones para que estos realicen un barrido sobre la pantalla, de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, tal y como se realizó la exploración de la imagen. o Recubrimiento de vidrio, en cuyo interior los electrones han de circular libremente y por tanto, en él ha de realizarse el vacío. o Máscara que actuará como filtro para que los tres haces de electrones alcancen únicamente aquellas líneas fosforescentes del color que les corresponden o Pantalla formada por líneas fosforescentes que forman grupos de tres, que emitirán luz roja, verde o azul al incidir sobre ella los electrones. • Altavoces que reproducen, los mas fielmente posible, el sonido original. En el receptor de TV analógica el haz de electrones que ilumina el tubo y da lugar a la emisión de luz, por los puntos de fósforo en los que impacta, está recorriendo la pantalla 625 veces por imagen pero solo se ven 576, estando oculta las otras. La sensación de movimiento se consigue porque se pone una imagen detrás de otra muy rápido (25 imágenes por segundo) y entonces la retina no es capaz de descubrir que son imágenes diferentes y el final de una se confunde con el principio de la otra. En la televisión digital se emiten y se ven 576 líneas. EHR. Departamento de Tecnología. IES. Carlos Bousoño El sistema europeo PAL requiere un ancho de banda de 5 MHz mientras que el de alta definición (HDTV, 1250 líneas y formato 16:9)) requiere 20 MHz. La televisión analógica pronto dará paso a la digital que ofrece una mejor calidad y, sobre todo, permite una programación (número de canales) mas extenso, ya que al utilizar el dominio del tiempo (Mbits/s) en lugar del de la frecuencia y la comprensión de los datos, permite una utilización mas efectiva del espectro y aumenta la capacidad de las redes de difusión. EHR.
