Se denomina Sistema Teleinformático al conjunto de recursos hardware y software utilizados para satisfacer unas determinadas necesidades de transmisión de datos.

Un sistema de información consta de:

Un procesador Central auxiliado en las tareas de gestión de las comunicaciones por otro procesador de menor capacidad denominado Unidad de Control de Comunicaciones o Procesador de Comunicaciones (Front - end en la aceptación inglés). en el otro extremo se encuentra el dispositivo que desea comunicarse con el procesador central denominándose Terminal Remoto y entre ambos se encuentra la Red de Telecomunicación en cuyo principio y fin encontramos los convertidores - adaptadores para la comunicación denominados Módem aunque pueden ser otro tipo de dispositivos según se transmita de una forma o de otra.

El elemento que hemos denominado Terminal Remoto puede ser cualquier dispositivo capaz de comunicar, recibir o intercambiar datos con el Procesador Central por parte de los datos o sencillamente de acceso a un solo Procesador Central por parte de un gran número de terminales que necesariamente tiene que cubrir un área extensa.

Por ultimo y debido a las características de las señales manejadas en un sistema informaticos, es necesario utilizar un adaptador de dichas señales a otra cuyas características sean más apropiadas para la transmisión de datos a distancia sobre Redes de Telecomunicación. Estos dispositivos se denominan Módem, Adaptadores Telegráfico o Codec, según sean las características de la señales. En el caso del Módem, su nombre viene de la contratación de Modulador - demodulador y su función es la de convertir las señales digitales en analógicas y viceversa.

Antecedentes históricos de las comunicaciones

Las dos ciencias que dan origen a la Teleinformática tienen su propia historia y evolución por separado hasta llegar a un punto que sus caminos se unen para compartir técnicas y métodos de trabajo. Las telecomunicaciones comenzaron en 1830 con la utilización del telégrafo que permitió diversos tipos de comunicaciones digitales utilizando códigos como el Morse inventado por Samuel Morse en 1820. Fue en 1839 cuando dos ingleses W. F. COOKE y Charles Wheastone inventaron un modelo de telégrafo que utilizaba el principio del galvanómetro inventado por Andre Ampere donde una aguja asociada a una bobina por la que puede circular corriente eléctrica en una dirección, en la otra o en ninguna. Se encuentra en posición vertical o inclinada hacia uno de los lados derecho e izquierdo, impulsada por el campo magnético creado por el paso de la corriente.

El telégrafo de Cooke y Wheastone poseía cinco agujas capaces de seleccionar por la inclinación de dos de ellas, una letra entre veinte. Así como por el movimiento de una sola aguja una cifra entre 0 y 9. Luego se implementaron telégrafos de dos agujas con tres conductores, al final se logro telégrafos de una aguja con dos conductores nada más. Samuel Morse comenzó a estudiar las comunicaciones en 1830 teniendo preparada en 1835 una maquina compuesta en el emisor por un conjunto de piezas dentadas correspondiente a las letras y las cifras que ensambladas para formar un mensaje y pasadas a través del correspondiente dispositivo, provocaban las sucesivas aperturas y cierres de un interruptor que producía la señal enviada por la línea. En el receptor un electroimán recibía dicha señal y producía el desplazamiento de un lápiz que escribía en papel la forma de la señal con la que se podía descifrar el mensaje recibido. Pocos anos después las piezas dentadas fueron sustituidas por un interruptor o manipulador y el lápiz móvil por un zumbador y pluma que de forma sonora y gráfica reproducían los puntos y rayas transmitidos a través de la línea codificando letras y cifras en el código creado por el propio Simule Morse.

En 1855 Charles Wheastone inventa el formato de una cinta junto con la perforadora correspondiente que permitía el envío y recepción de mensajes en código Morse en modo off line es decir, sin que el operador se encuentre permanentemente pendiente de la transmisión y recepción de los mensajes. En 1874 el francés Emile Baudot invento el telégrafo múltiple que permitía el envío de varios mensajes por la misma línea se conectaban varios manipuladores de cinco teclas a una misma línea a través de un distribuidor que repartía el tiempo entre los distintos usuarios. En el receptor existía un distribuidor similar al del transmisor y sincronizado con él, que repartía los mensajes entre distintas impresoras. Mas tarde en 1876 Alexander Graham Bell invento el teléfono con el que comenzó la comunicación de la voz a distancia. Este invento que tuvo mucha aceptación por sus propias características, hizo que muchas ciudades se unieran por cable muy rápidamente así como empresas y particulares lo cual facilito mucho la utilización de otros medios de comunicación posteriores que aprovecharon las propias líneas telefónicas.

Con la aparición de maquinas de escribir que incorporaban relés para la activación de la escritura. Durante la primera guerra mundial E. E. Kleinschmidt desarrollo un sistema de transmisión que no requería de operadores en continua atención. Este sistema hizo posible la aparición en 1910 del teletipo o teleimpresor, que permitió el envío de mensajes a distancia utilizando el código Baudot creado por Emile Baudot en 1874. Los teletipos tenían un distribuidor rotante capaz de enviar un carácter por vuelta compuesto por 5 bits que se acompañaban de otros datos de arranque y parada. En 1971 a parece la red ARPANET, fundada por la organización DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) que ha dado origen a la red Internet que actualmente integra a la más importantes instituciones académicas, de investigación y desarrollo que existen en el mundo. En esta red se desarrollo el conjunto de protocolos denominados TCP/IP que han ejercido gran influencia en las redes teleinformáticas. En España aparece en 1972 la primera red pública de conmutación de paquetes denominada Red Especial de Transmisión de Datos (RETD) propiedad telefónica que actualmente configura la red IBERPAC. En 1974, la empresa Internacional Business Machines (IBM) configura la primera arquitectura teleinformática para sistemas distribuidos denominada System Network Architecture (SNA), A esta arquitectura le sigue la denominada Digital Network Architecture (DNA) creada por la empresa Digital Equipment Corporación (DEC) en 1976. Esta década de los setenta se caracterizo también por el gran auge que toma la normalización. En 1976, el Comité Consultivo Internacional Telefónico y Telegráfico (Consultive Committe for Internacionl Telephone and Telegraph - CCITT) normalizó las redes de conmutación de circuitos (normas X.21) y las redes de conmutación de paquetes (normas X.25). En 1977, la Organización de Estándares Internacionales (Internacional Standar Organization - ISO) modela y normaliza la interconexión de computadoras creando el Modelo Básico de Referencia para la Interconexión de Sistemas Abiertos (Open System Interconection - OSI), que fue publicado años después. El final de la década de los setenta viene marcada, fundamentalmente, por la aparición en 1978 de las Redes de Área Local (Local Area Network - LAN) que permite interconexión entre equipos informaticos en un entorno reducido. La década de los ochenta, con la popularización de las Computadoras Personales (Personal Computer - PC), ha marcado un desarrollo definitivo en el campo teléinformatico y lo ha popularizado. Aparecen los denominados Servicios de Valor Añadido como el Telefax, Videotex, Terminal Bancario en casa, etc. También en esta década aparecen las Redes Digitales para dar servicios especializados a usuarios que requieran la integración de información compuesta por texto, datos imagen y voz. La década de los noventa representa una inflexión. Por una parte se habla de nuevos aires en las Tecnologías de la Información, debido a que los costes del Hardware se ha reducido substancialmente. Las computadoras se consideran, con mayor o menor acierto, Commodities, es decir, mercancías o artículos de consumo. Por otra parte, aparecen tecnologías muy creativas y prometedoras, como son la programación orientada a objeto y los sistemas expertos que, sin duda, incidirán Tecnologías Multimedia. ctualmente, en Telecomunicaciones se tiende al abaratamiento de la utilización de las redes, así como a nuevas posibilidades de transmisión proporcionada por las Redes Digitales de Banda Ancha que operan a gran velocidad (del orden de 155 millones de bit por segundos).

Señales

Conceptos de señales continuas y discretas.

Las señales se representan matemáticamente como funciones (Una función se define a groso modo como una correspondencia entre la variable dependiente y la variable independiente) por conveniencia nos referiremos en general a la variable independiente como el tiempo.

A lo largo de nuestro curso consideraremos dos tipos básicos de señales ver Fig.1: continuas o analógica y discretas. En el caso de las señales continuas la variable independiente real t es continua, por lo que estas señales se definen para una sucesión continua de valores de la variable independiente. Por otra parte, las señales discretas sólo están definidas en tiempos discretos y en consecuencia, para estas señales la variable independiente entera n toma solamente un conjunto discreto de valores.

Para distinguir entre señales continua y discretas usaremos el símbolo t con el fin de denotar la variable independiente real continua y el símbolo n para denotar la variable independiente entera discreta. De manera similar, el paréntesis (•) se usará para denotar cantidades de valor continuo, en tanto que los corchetes [•] indicarán cantidades de valor discreto. La figura muestra un ejemplo de una señal continua o analógica x(t) y una señal discreta x[n]

Concepto de Dominio del Tiempo

La vibración es una oscilación en posición, como función del tiempo, y se dice que existe en el dominio del tiempo. La señal de un transductor también está en el dominio del tiempo, y cuando se muestra en la pantalla de un osciloscopio , se llama una forma de onda. Aunque la mayor parte del diagnóstico de los problemas de vibración de máquinas se hace vía el análisis de espectro ,algunos tipos de información se ven más fácilmente en la forma de onda. Por ejemplo ,cuando se busca impactos repetitivos en un rodamiento con elementos rodantes.

Concepto de dominio de Frecuencia

Es la representación gráfica de la vibración en la cual se enfrentan Amplitud vs. Frecuencia y es conocida con el nombre de espectro.

Transformación del dominio del tiempo al dominio de la frecuencia

Fue precisamente el matemático francés Jean Baptiste Fourier (1768 - 1830) quien encontró la forma de representar una señal compleja en el dominio del tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y frecuencia específicos.
Entonces lo que hace un analizador de espectros que trabaja con la transformada rápida de Fourier es capturar una señal desde una máquina, luego calcula todas las series de señales sinusoidales que contiene la señal compleja y por último las muestra en forma individual en el eje x de la frecuencia. En la siguiente ilustración de tres dimensiones (fig.7) puede notarse claramente la señal compleja (en color verde), capturada desde una máquina. A dicha señal se le calculan todas las series de señales sinusoidales en el dominio del tiempo (vistas en azul) y por último se muestra cada una en el dominio de la frecuencia (vistas en rojo). La figura 8 muestra una señal en el dominio del tiempo y su correspondiente en el dominio de la frecuencia.

Digitalización

Es la acción de convertir cualquier tipo de información física (papel, fotografía, dibujo, imagen), o analógica (audio, vídeo), a un formato digital, capaz de ser compartido entre dos o más computadoras con el fin de reducir costos de almacenamiento, consulta, revisión, auditorias, etc. Esta información puede ser utilizada por una Intranet, o compartida por Internet. Las opciones son casi ilimitadas hasta ahora. Los costos de digitalizar información son altos al principio, y el problema tecnológico es la variedad de formatos que existen. La digitalización es un recurso útil (e indispensable) cuando las cantidades de información son tales, que el manejo en forma física o analógica lo hacen lento e ineficiente.

Teorema de Nyquist

En general, no es de esperarse que en la ausencia de cualquier condición, una señal se pueda especificar unívocamente por una secuencia de muestras igualmente espaciadas. Por ejemplo, en la figura siguiente se ilustra tres diferentes señales de tiempo continuo, que tienen valores idénticos en múltiplos enteros de T (período de muestreo).

Tres señales de tiempo continuo con valores idénticos en múltiplos enteros de T

En general, hay una cantidad infinita de señales que pueden generar un conjunto dado de muestras. Sin embargo, si una señal es de banda limitada y si las muestra son tomadas lo suficientemente cercanas unas de otras, en relación con la frecuencia más alta presente en la señal, entonces, las muestras especifican unívocamente a la señal y puede ser reconstruida perfectamente. La manera de obtener la muestras de una señal es modulándola en amplitud con un tren de impulsos periódico.

Específicamente, el teorema del muestreo se enuncia de la siguiente forma:

"Dada una señal de banda limitada, cuya amplitud en el dominio de la frecuencia es cero en los límites de la banda, entonces, la señal está determinada unívocamente por sus muestras si, y solo si, la frecuencia de muestreo es mayor o igual al doble de la frecuencia límite máxima de la banda de la señal"

La frecuencia de muestreo se conoce también como la frecuencia de Nyquist. En fórmula es:

Fm £ Fs ´2

Donde:

Fm = Frecuencia de Muestreo.

Fs = Frecuencia de la señal

Ejemplo:

Calcule la frecuencia de muestreo para una señal de voz de telefonía cuyo rango es de 3.4 kHz.

Solución:

Fm = Desconocida.

Fs = 3.4 kHz Fm £ (3.4 kHz ´ 2)

Fm £ 6.8 kHz

Concepto de Potencia y Energía

Energía : Energía es la capacidad de realizar trabajos, fuerzas, movimientos. No podemos verla: Solo descubrimos sus efectos. Es lo que permite que suceda casi todo en el universo: La vida, una luz, una corriente eléctrica, la carrera de un auto, Una llama, Un ruido o el viento.
La ley de la conservación de la energía dice que esta no se pierde sino que se transformaron se la puede crear ni destruir, y cuando creemos que desaparece solo se ha convertido en otra forma de energía.
Hay muchos tipos de energías: Energía sintética, Energía lumínica, Energía sonora, Energía electrónica, Energía nuclear, Energía calórica, etc.

Potencia : El trabajo, o transferencia de energía, realizado por unidad de tiempo. El trabajo es igual a la fuerza aplicada para mover un objeto multiplicada por la distancia a la que el objeto se desplaza en la dirección de la fuerza. La potencia mide la rapidez con que se realiza ese trabajo. En términos matemáticos, la potencia es igual al trabajo realizado dividido entre el intervalo de tiempo a lo largo del cual se efectúa dicho trabajo.

El concepto de potencia no se aplica exclusivamente a situaciones en las que se desplazan objetos mecánicamente. También resulta útil, por ejemplo, en electricidad. Imaginemos un circuito eléctrico con una resistencia. Hay que realizar una determinada cantidad de trabajo para mover las cargas eléctricas a través de la resistencia. Para moverlas más rápidamente —en otras palabras, para aumentar la corriente que fluye por la resistencia— se necesita más potencia.

La potencia siempre se expresa en unidades de energía divididas entre unidades de tiempo. La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, que equivale a la potencia necesaria para efectuar 1 julio de trabajo por segundo. Una unidad de potencia tradicional es el caballo de vapor (CV), que equivale aproximadamente a 746 vatios.”

Por último, y con el conocimiento previo que tenemos sobre el tema, en cuanto a fórmulas, la Potencia se puede obtener de tres maneras:

P = T / t P = F · d / t P = F · V

Partiendo de la primer fórmula, la Potencia es igual al Trabajo (en algunos casos total) divido entre el tiempo; la segunda fórmula aplica el término de que el trabajo es la Fuerza por Distancia, esto entre un tiempo. La tercera aplica el concepto de Velocidad, siendo una distancia recorrida en un cierto tiempo.

Espectro de Densidad de Potencia y Energía

Espectro de Potencia

Sea X(t) un proceso aleatorio estacionario, con función de covarianza C_x(t). La densidad espectral o espectro de potencia de Fourier se define como

con -¥<f<¥.

La autosemejanza estadística de los procesos aleatorios se extiende a su correspondiente densidad espectral, que puede incluso tomarse como criterio original de autosemejanza, cuando dicha densidad verifica una ley potencial de la forma

Mas formalmente, X(t) es un proceso 1/f si su espectro de potencia tiene la forma siguiente:

para -¥<f<¥ y -1<b<3.

Espectro de Energía

la energía en el espectro está repandida en un rango de frecuencias en lugar de ser concentrada solo en frecuencias especificas. Esto es característico de señales no deterministas, tales como el ruido aleatorio y transientes Se puede ver que el nivel del espectro se va a cero en una frecuencia particular. Esa frecuencia es el recíproco de la longitud del impulso. Por eso, más corto el impulso, más grande su contenido en altas frecuencias. Si el impulso sería infinitamente corto la llamada función delta en las matemáticas) entonces su espectro se extendería de cero a infìnito en frecuencias.

Cuando se examina un espectro contínuo es generalmente imposible determinar si es el resultado de una señal aleatoria o transiente. Esto es una limitación inherente del análisis de frecuencias, tipo Fourier, y por esta razón es buena idea estudiar la forma de onda, cuando se encuentra un espectro contínuo. En cuanto a la vibración de la maquinaria es de interés para el analista si ocurren impactos, (causando impulsos en la forma de onda) o si está presente ruido aleatorio, (por ejemplo debido a cavitación) en la señal.

Transmisión de Señales

En un sistema analógico de transmisión tenemos a la salida de este una cantidad que varia continuamente.

En la transmisión analógica, la señal que transporta la información es continua, en la señal digital es discreta. La forma más sencilla de transmisión digital es la binaria, en la cual a cada elemento de información se le asigna uno de dos posibles estados.

Para identificar una gran cantidad de información se codifica un número específico de bits, el cual se conoce como caracter. Esta codificación se usa para la información e escrita.

Ej: Teletipo = Servicio para la transmisión de un telegrama.

La mayor de las computadoras en servicio hoy en día utilizan u operan con el sistema binario por lo cual viene más la transmisión binaria, ya sea de terminal a computadora o de computadora a computadora.

Transmisión Digital

En la transmisión digital existen dos notables ventajas lo cual hace que tenga gran aceptación cuando se compara con la analógica. Estas son:

El ruido no se acumula en los repetidores.

El formato digital se adapta por si mismo de manera ideal a la tecnología de estado sólido, particularmente en los circuitos integrados.

La mayor parte de la información que se transmite en una red portadora es de naturaleza analógica,

Ej: La voz

El vídeo

Al convertir estas señales al formato digital se pueden aprovechar las dos características anteriormente citadas.

Para transmitir información digital(binaria 0 ó 1) por la red telefónica, la señal digital se convierte a una señal analógica compatible con la el equipo de la red y esta función se realiza en el Módem.

Para hacer lo inverso o sea con la señal analógica, se usan dos métodos diferentes de modulación:

La modulación por codificación de pulsos(MCP).

Es ventajoso transmitir datos en forma binaria en vez de convertirlos a analógico. Sin embargo, la transmisión digital está restringida a canales con un ancho de banda mucho mayor que el de la banda de la voz.

Transmisión Asíncrona.

Esta se desarrolló para solucionar el problema de la sincronía y la incomodidad de los equipos.

En este caso la temporización empieza al comienzo de un caracter y termina al final, se añaden dos elementos de señal a cada caracter para indicar al dispositivo receptor el comienzo de este y su terminación.

Al inicio del caracter se añade un elemento que se conoce como "Start Space"

(espacio de arranque),y al final una marca de terminación.

Para enviar un dato se inicia la secuencia de temporización en el dispositivo receptor con el elemento de señal y al final se marca su terminación.

Transmisión Sincronía

Este tipo de transmisión se caracteriza porque antes de la transmisión de propia de datos, se envían señales para la identificación de lo que va a venir por la línea, es mucho mas eficiente que la Asincrona pero su uso se limita a líneas especiales para la comunicación de ordenadores, porque en líneas telefónicas deficientes pueden aparecer problemas.

Por ejemplo una transmisión serie es Sincrona si antes de transmitir cada bit se envía la señal de reloj y en paralelo es sincrona cada vez que transmitimos un grupo de bits.

Transmisión de datos en serie

En este tipo de transmisión los bits se trasladan uno detrás del otro sobre una misma línea, también se transmite por la misma línea.

Este tipo de transmisión se utiliza a medida que la distancia entre los equipos aumenta a pesar que es más lenta que la transmisión paralelo y además menos costosa. Los transmisores y receptores de datos serie son más complejos debido a la dificultad en transmitir y recibir señales a través de cables largos.

La conversión de paralelo a serie y viceversa la llevamos a cabo con ayuda de registro de desplazamiento.

La transmisión serie es sincrona si en el momento exacto de transmisión y recepción de cada bit esta determinada antes de que se transmita y reciba y asincrona cuando la temporizacion de los bits de un caracter no depende de la temporizacion de un caracter previo.

Transmisión en paralelo.

La transmisión de datos entre ordenadores y terminales mediante cambios de corriente o tensión por medio de cables o canales; la transferencia de datos es en paralelo si transmitimos un grupo de bits sobre varias líneas o cables.

En la transmisión de datos en paralelo cada bit de un caracter se transmite sobre su propio cable. En la transmisión de datos en paralelo hay un cable adicional en el cual enviamos una señal llamada strobe ó reloj; esta señal le indica al receptor cuando están presentes todos los bits para que se puedan tomar muestras de los bits o datos que se transmiten y además sirve para la temporización que es decisiva para la correcta transmisión y recepción de los datos.

La transmisión de datos en paralelo se utiliza en sistemas digitales que se encuentran colocados unos cerca del otro, además es mucho mas rápida que la serie, pero además es mucho mas costosa.

3. Modos de transmisión de datos

Según el sentido de la transmisión podemos encontrarnos con tres tipos diferentes:

Simplex:

Este modo de transmisión permite que la información discurra en un solo sentido y de forma permanente, con esta formula es difícil la corrección de errores causados por deficiencias de línea. Como ejemplos de la vida diaria tenemos, la televisión y la radio.

Half Duplex.

En este modo, la transmisión fluye como en el anterior, o sea, en un único sentido de la transmisión de dato, pero no de una manera permanente, pues el sentido puede cambiar. Como ejemplo tenemos los Walkis Talkis.

Full Duplex.

Es el método de comunicación más aconsejable, puesto que en todo momento la comunicación puede ser en dos sentidos posibles y así pueden corregir los errores de manera instantánea y permanente. El ejemplo típico sería el teléfono.

RS-232C.

RS-232-C estándar, en informática, estándar aceptado por la industria para las conexiones de comunicaciones en serie. Adoptado por la Asociación de Industrias Eléctricas, el estándar RS-232-C recomendado (RS es acrónimo de Recommended Standard) define las líneas específicas y las características de señales que utilizan las controladoras de comunicaciones en serie. Con el fin de estandarizar la transmisión de datos en serie entre dispositivos. La letra C indica que la versión actual de esta norma es la tercera de una serie.

Casi siempre el conector DB-25 va asociado con el RS-232C, y se muestran las disposiciones de los contactos en las figuras siguientes. Sin embargo, no está definido en el estándar y algunos fabricantes utilizan otro conector en gran parte de sus equipos.

Con este tipo de standard podemos transmitir y recibir al mismo tiempo, puesto que hay una patilla para cada una de las actividades.

Este tipo de standard tiene sus limitaciones en la transmisión y recepción como lo es la limitante de distancia, que es de 15 metros. Puede funcionar bien en recorridos de cable mucho más lagos con todas las velocidades pero siempre habrá riesgo de perdida de datos.

La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales, entre dos puntos, en un sistema de comunicación. Con los sistemas de transmisión digital, se requieren una facilidad física tal como un par de alambres metálicos, un cable coaxial o un vinculo de fibra óptica para interconectar a los dos puntos en el sistema. Los pulsos están contenidos dentro de y se propagan con la facilidad de transmisión.

Canal y relación de señal ruido

Los factores fundamentales que controlan el índice y la calidad de la transmisión de información son el ancho de banda B y la potencia S de la señal.

El ancho de banda de un canal es el rango de frecuencias que éste puede transmitir con razonable fidelidad; por ejemplo, si un canal puede transmitir con razonable fidelidad una señal cuyas componentes de frecuencia ocupan un rango de 1,000 hasta un máximo de 5,000 Hz (5 kHz) el ancho de banda será de 4 kHz.

Para comprender el papel de B, se considera la posibilidad de aumentar la velocidad de transmisión de la información mediante la compresión en el tiempo de la señal. Si una señal se comprime en el tiempo un factor de dos, se podrá transmitir en la mitad del tiempo, y la velocidad de transmisión se duplica. Sin embargo, la compresión por un factor de dos hace que la señal "oscile" dos veces más rápido, lo que implica que las frecuencias de sus componentes se dupliquen. Para transmitir sin distorsión esta señal comprimida, el ancho de banda del canal debe duplicarse. De esta forma, el índice de transmisión de la información es directamente proporcional a B. Con más generalidad si un canal de ancho de banda B puede transmitir N pulsos por segundo, entonces, para transmitir KN pulsos por segundo se necesita un canal de ancho de banda KB. Para reiterar, el número de pulsos/segundo que pueden transmitirse a través de un canal es directamente proporcional a su ancho de banda B.

La potencia S de la señal desempeña un papel dual en la transmisión de información. Primero, S esta relacionada con la calidad de la transmisión. Al incrementarse S, la potencia de la señal, se reduce el efecto del ruido de canal, y la información se recibe con mayor exactitud, o con menos incertidumbre. Una mayor relación de señal a ruido S/N permite también la transmisión a través de una distancia mayor. En cualquier caso, una cierta S/N mínima es necesaria para la comunicación.

Relación Señal a Ruido (S/N)

Convolución

Intuitivamente podemos mirar a la convolución de dos funciones y como la función resultante que aparece despues de efectuar los siguientes pasos: a) girar respecto del origen los valores de una de ellas, es decir = para todo z desde a , b) ir trasladando la función girada sobre la otra , y c) en cada punto x calculamos el valor que resulta de sumar los productos obtenidos de multiplicar para todos los z los correspondiente valores de las funciones y . En esencia estamos calculando para cada valor de x una especie de valor ponderado de una de las funciones con los valores de la otra . En el caso de que el área encerrada por la curva de fuese igual 1 entonces estaríamos calculando para x una media ponderada. Matematicamente la expresión para esta operación es

De la expresión anterior puede verse como para un valor fijo de x los origines de las funciones f y g estan desplazados justamente en ese valor x. Los valores de f para z crecientes van siendo multiplicados por valores de g para decrecientes En el caso discreto que veremos más adelante esta visión intuitiva de la convolución quedará aún más clara. La figura

ilustra el efecto de esta operación. La gran importancia de esta operación rádica en el hecho de que la TF de un producto de convolución de dos funciones es igual al producto de las TFs de dichas funciones, es decir

Este resultado denominado Teorema de Convolución implica que podemos calcular un producto de convolución de dos funciones multiplicando sus correspondientes TF y al resultado aplicarle la TF inversa. En el caso de señales discretas las distintas longitudes que pudieran tener las sucesiones de puntos de cada una de las funciones son posibles causas de errores en el cálculo final de la convolución, es por ello que ambas funciones han de definirse en una misma cantidad de puntos por cada eje.

Para lograr esto consideremos que la función ha sido muestreada sobre un conjunto de puntos de longitud A y la función lo ha sido sobre un conjunto de longitud B, entonces ambas funciones se rellenarán con ceros hasta que cada una de ellas quede definida en M = A + B - 1 valores. La formula de rellenar con ceros los valores que faltan no es la única manera que existe de fijar dichos valores aunque si es la más comunmente usada. Una vez que las dos funciones tienen el mismo rango de definición la convolución se puede calcular por

para . Puede demostrarse que al igual que las funciones y la función resultante de la convolución discreta es también una función periódica discreta de periodo M. La figura

muestra una comparación entre los resultados del caso discreto y el caso continuo.

Las expresiones que aparecen en el caso bidimensional (imágenes) son las siguientes:

Caso continuo:

Caso discreto:

para e .

Al igual que en el caso unidimensional el cálculo de la convolución de funciones bidimensionales puede ser efectuado a través de los productos de sus correspondientes transformadas de Fourier aplicandole al resultado la TF inversa.

Como se pondrá de manifiesto en las siguientes lecciones la operación de convolución será una herramienta clave de los cálculos que se realizan para el análisis y extracción de toda la información que contiene una imagen.

Funciones de correlación

La correlación de dos funciones continuas y , representada por , se define por la relación donde es el conjugado complejo.

La función de correlación suministra una medida de la similitud o interdependencia entre las funciones y en función del parámetro (el desplazamiento de una función con respecto a la otra). Si y son iguales, entonces la función de correlación se denomina función de autocorrelación.

Para realizar la correlación, simplemente se desplaza sobre y se integra el producto desde hasta para cada valor de desplazamiento . La Figura 162 ilustra este procedimiento.

En el caso bidimensional siguen siendo válidas expresiones similares.Una de las principales aplicaciones de la correlación es encontrar la solución al problema de cómo hallar el mayor parecido entre una imagen desconocida y un conjunto de imágenes conocidas. Una solución consiste en calcular la correlación entre la imagen desconocida y cada una de las conocidas. El mayor parecido puede determinarse seleccionando la imagen que da el mayor valor de la función de correlación. Debido a que las correlaciones resultantes son funciones bidimensionales, esta tarea implica buscar la amplitud máxima de cada función.

Transmisión de la información

A la hora de transmitir cualquier mensaje, pueden aparecer interferencias que eviten que éste

sea recibido exactamente como fue enviado. El problema que aparece será, pues, si existe la

posibilidad de detectar y corregir los errores producidos por estas interferencias para que el

mensaje inicial pueda ser recuperado.

Transmisión de la información en Sistema Binario: David Corral Riocerezo

códigos detectores y correctores de errores.

El proceso a seguir en la transmisión de un mensaje debería ser el que muestra la Figura 1. En

él, primero se codifica un mensaje y se envía. En el transcurso de este envío y debido a

interferencias, el mensaje puede ser modificado y pueden aparecer errores en él. Por último,

habría que corregir estos errores y descodificar el mensaje, para tenerlo de nuevo como al

principio.

El sistema de codificación que emplearemos será la codificación binaria, de manera que el

mensaje enviado consistirá en una sucesión finita de ceros y unos. Al emplear el alfabeto binario { } 1 , 0 , un error no será más que la confusión entre un cero y un uno. Las palabras binarias1 escogidas corresponden a los mensajes reales según unas reglas conocidas tanto por el emisor como por el receptor. Es conveniente emplear palabras de la misma longitud en todos los casos, de manera que haya n 2 palabras binarias de longitud n. Denotaremos al conjunto2 de todas ellas

por n V .

Por ejemplo, si consideramos palabras de longitud 4 = n , tendremos:

þ ý ü

î í ì

1111 , 0111 , 1011 , 1101 , 1110 , 1100 , 1010 , 1001

, 0110 , 0101 , 0011 , 1000 , 0100 , 0010 , 0001 , 0000 4 V

Un código binario de longitud n es un subconjunto C de n V y los elementos de C son las

palabras del código. Cualquier subconjunto es válido, pero habrá que elegir aquellos que

favorezcan la detección y posterior corrección de errores.

Supongamos que se desea enviar un mensaje que contenga alguna de las siguientes palabras:

norte, sur, este, oeste. Podríamos usar cualquiera de los siguientes conjuntos (siendo todos ellos

subconjuntos de n V ):

Código Longitud norte sur este oeste

1 C 2 00 10 01 11

2 C 3 000 110 011 101

3 C 6 000000 111000 001110 110011

1 Llamamos palabra binaria de longitud n a cualquier elemento (a,b,c...) n V Î donde el conjunto V es

{ } 1 , 0 = V .

2 Se llama conjunto a una colección de objetos bien determinados y diferenciados. Cada uno de los

objetos que forman el conjunto se llama elemento.

Modulación

Conceptos Generales

En este capitulo introductorio se resumen las nociones básicas para comprender el proceso que sufre una información, ya sea esta un sonido, una imagen o bien datos informáticos que se desea hacer llegar a un receptor a través de una onda electromagnética o un cable conductor.

La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través de un canal de comunicación a la mayor distancia y menor costo posible. Este es un proceso mediante el cual dicha información (onda moduladora) se inserta a un soporte de transmisión.

Modulación analógica

AM : Una portadora puede modularse de diferentes modos dependiendo del parámetro de la misma sobre el que se actúe.

Se modula en amplitud una portadora , cuando sea la distancia existente entre el punto de la misma en el que la portadora vale cero y los puntos en que toma el valor máximo ó mínimo , la que se altere , esto es , su amplitud.

FM : En cuanto al subsitema de modulación FM, no puede recibir información; se utiliza sólo como un enlace descendente de datos procedentes de siete fuentes simultáneas cuando existe visibilidad directa de alguna estación del STDN o de las estaciones de la Fuerza Aérea. Este enlace de retorno puede ser soportado por cualquiera de los dos transmisores embarcados en el transbordador. Ambos transmisores están sintonidados a 2,25 GHz y pueden transmitir simultáneamente con los transpondedores de modulación PM. Está planeado que el sistema de FM en banda-S sea intercambiable para misiones militares y totalmente suprimible para misiones civiles (NASA) cuando los sistemas TDRSS y de banda-Ku se encuentren totalmente operacionales.

El procesador FM en banda-S embarcado recibe entradas y procesa datos de las tres unidades de interface de los tres motores principales del transbordador, la unidad de conmutación de video, los registros operacionales para almacenamiento en tierra, los registros de la carga útil para almacenamiento en tierra, señales analógicas y digitales de pago o para el Departamento de Defensa.

Durante la ascensión, los datos de los interfaces de los motores principales envían datos al sistema FM para ser transmitidos en tiempo real a la Tierra. Estos datos son eviados así mismo a los registradores de datos operacionales para transmisiones en tiempo no real. En órbita, cualquiera de los otros seis servicios pueden ser seleccionados y direccionados por procesador de FM en banda-S.

El procesador de FM está programado para seleccionar cualquiera de estas fuentes en un momento determinado para enviarla hacia el transmisor. Resumiendo, el sistema FM en banda-S transmitiría las siguientes señales:

· Datos en tiempo real de las tres unidades de interface de los motores principales durante el lanzamiento, a una velocidad de 60 Kbps cada uno.

· Vídeo en tiempo real.

· Volcados de los registros de almacenamiento de datos de telemetría rápidos o lentos a 1024 Kbps.

· Volcados de datos de los motores principales en tiempo no real a 1024 Kbps.

· Registro de carga útil a 25,5 Kbps o 1024 Kbps.

· Señales analógicas de la carga útil a 300 Hz ó 4 MHz de ancho de banda.

· Señales digitales de la carga útil a 200 bps ó 5 Mbps.

· Datos del Departamento de Defensa a 16 Kbps ó 256 Kbps en tiempo real o 128 Kbps y 1024 Kbps en diferido.

PM: El subsistema de modulación PM se utiliza para transmitir o recibir información desde tierra. Este sistema pude comunicar directamente o a través de los enlaces TDRS, FL(Forward Link) o RL(Return Link).

El enlace progresivo (FL, anteriormente referido como enlace ascendente) utiliza modulación PM con portadora centrada en 2106,4 MHz (primaria) o 2041,9 MHz (secundaria) para misiones de la NASA y opera a través del STDN o el TDRS. Los dos enlaces progresivos en banda-S prevendrían interferencias si dos orbiters se encontraran en operación a la vez, de manera que uno de ellos utilizaría la portadora primaria y el otro la secundaria.

El enlace de retorno (RL, anteriormente referido como enlace descendente) utiliza también modulación PM con portadora centrada en 2287,5 MHz (primaria) o 2217,5 MHz (secundaria) para operaciones de la NASA, operando a través de los mismos sistemas que el progresivo. El motivo de existencia de dos portadoras es de nuevo permitir la simultaneidad de operación de dos transbordadores: uno utilizaría portadoras en 2106,4 y 2287,5 MHz para los enlaces FL y RL y el otro las portadoras en 2041.9 y 2217,5 MHz para los mismos enlaces.

El enlace progresivo en banda-S del Departamento de Defensa está también modulado en fase con las portadora centradas en 1831,8 y 1775,5 MHz para los canales primario y secundario, respectivamente y utilizando las instalaciones terrenas del Control de Satélites de la Fuerza Aérea no las del TDRS porque en este modo militar no se utiliza amplificación de potencia.

En cuanto al enlace de retorno, utiliza las frecuencia de 2287,5 y 2217,5 MHz para los canales primario y secundario, respectivamente, utilizando modulación PM. Al igual que en el modo civil, la utilización de dos canales en cada enlace, permite la posibilidad de simultanear la operación de dos orbiter, que utilizarían un los juegos primarios y el otro los secundarios.

El enlace progresivo en Banda-S y con modulación PM es utilizado por el Centro de Control de la Misión en Houston, a través de las estaciones del STDN de la NASA para el lanzamiento, ascenso o aterrizaje; o bien a través del WSGT vía el sistema TDRS del orbiter. El enlace progresivo del sistema PM en banda-S del Departamento de Defensa es utilizado por las instalaciones del Control de Satélites de la Fuerza Aérea a través de sus propias estaciones terrenas. Tanto la NASA como el Centro de Control de Satélites tiene la opción implementar un método de reserva activa con los dos canales por enlace tanto ascendente como descendente (no se permite utilizar los dos canales a la vez).

Modulación Discreta

PROCESOS DE MODULACIÓN DIGITAL ASK, FSK Y PSK

Modulación por conmutación de amplitud ASK

Consiste en modular un tren de pulsos periódicos, con amplitud 1, con una señal f(t)=Asen(wct)

La definición de la señal modulada en ASK es la siguiente

f(t) = Asen(wct) Û 0 < t £ T (equivalente al 1 binario)

f(t) = 0 en cualquier otro valor de t (equivalente al 0 binario)

Estas señales se pueden detectar con un filtro acoplado. La respuesta al impulso del filtro acoplado es:

h(t) = f(T - t)

La salida del filtro acoplado, cuando la entrada de este es f(t), está descrita por la siguiente expresión:

y(t) = f(t) Ä h(t) = òf(t) · f(T-t+t)dt (entre -¥ y +¥)

Esta expresión se conoce como la auto correlación de f(t).

El tiempo optimo de decisión es t =T, por lo tanto, la salida del filtro acoplado es y(T) = E, que es la señal de energía para este instante.

y(t) = òf˛(t) dt (entre -¥ y +¥)

y(T) = E = A²(T/2)

Luego, la detección de la señal modulada en ASK es enviada a un receptor que la convierta en uno de los siguientes factores:

0 binario Þ y(t) = no(t).

1 binario Þ y(t) = E + no(t).

Umbral de decisión óptimo Þ y(t) = E/2

Aplicación de Simulink para la simulación del proceso de modulación digital ASK

En simulink, se construye el siguiente sistema

En el modulador ASK se asigna a la amplitud de la portadora 1.

El osciloscopio muestra la siguiente gráfica:

Esta la forma de las señales moduladas en ASK. Cuando se quiere transmitir un 1 binario se deja pasar a la señal sinusoidal, cuando se quiere transmitir un 0 (cero) binario, no se deja pasar la señal sinusoidal.

Modulación por conmutación de frecuencia FSK

Se puede modelar la señal modulada en FSK como la suma de dos señales ASK definidas mediante las siguientes expresiones:

f1(t) = Asen(w1t) Û 0 < t £ T

f1(t) = 0 en cualquier otro valor de t

f2(t) = 0 Û 0 < t £ T

f2(t) = Asen(w2t) en cualquier otro valor de t

w1 < w2

f1(t) equivale al 0 (cero) binario

f2(t) equivale al 1 binario

Las dos señales ASK son diferentes, y por lo tanto, en el receptor se colocan dos filtros acoplados para detectarlas.

Aplicación de Simulink para la simulación del proceso de modulación digital FSK

En simulink, se construye el siguiente sistema:

En el modulador FSK se asigna a la amplitud de la portadora 1.

El osciloscopio despliega en pantalla la siguiente forma de onda de la señal FSK generada con estas características:

Esta es la forma de onda de una señal modulada en FSK. Cuando se quiere transmitir un 1 binario se deja pasar la sinusoidal de mayor frecuencia, cuando se quiere transmitir un 0 (cero) binario, se deja pasar la sinusoidal de frecuencia menor.

Modulación por conmutación de fase PSK

Se puede modelar como la conmutación de dos señales sinusoidales de características similares pero desfasadas 180ş, definidas mediante las siguientes expresiones:

f1(t) = Asen(wct) (equivalente al 1 binario)

f2(t) = -Asen(wct) (equivalente al 0 binario)

Aplicación de Simulink para la simulación del proceso de modulación digital PSK

En simulink, se construye el siguiente sistema:

Bajo estas condiciones, el osciloscopio montado en la salida del sumador muestra la siguiente gráfica en pantalla:

Esta es la forma de onda de una señal modulada de PSK, cuando se desea transmitir un 1 binario se deja pasar la señal con fase cero y cuando se quiere transmitir un 0 (cero) binario, se deja pasar la señal con fase prad.

Espectros de Frecuencia en telecomunicaciones

El espectro de frecuencias es el nombre que recibe una pequeña parte del espectro electro magnético, es decir, el conjunto de radiaciones emitidas por los cuerpos en el universo. Las radiaciones, que con forma de ondas y fotones conforman el espectro electromagnético, incluyen el espectro de luz visible, las radiaciones infrarrojas (por debajo del espectro de luz visible) y las radiaciones ultravioleta (por encima del espectro de luz visible). Dentro de estas frecuencias también se encuentran todos los fenómenos factibles de ser escuchados por el oído humano (ver gráfico1).

La idea de frecuencia se explica mediante un simple gráfico (ver gráfico 2). La frecuencia de un fenómeno es básicamente el rango de vibración de la fuente de energía que lo emite. Cuando modulamos, es decir, restringimos la emisión dentro de un serie de parámetros de energía dados, podemos utilizar la emisión para enviar señales posibles de ser entendidas por un aparato de recepción de las mismas. Si la frecuencia depende de la combinación de la velocidad de la emisión con la distancia entre los picos de onda, la modulación de la amplitud sería la distancia entre los picos de la frecuencia.

La consecuencia inmediata de la modulación es que la altura máxima del arco de la frecuencia es una función de su frecuencia: a mayor frecuencia, mayor rango de modulación. La amplitud de este espacio modulado, para cada conjunto de señales específicamente diferenciables, se conoce como el ancho de banda, donde banda es el conjunto de frecuencias agrupadas convencionalmente como señales homogéneas.

Dentro del mencionado ancho de banda, también es posible delimitar una serie de canales convencionales de modulación, es decir, de rangos en los que se opta por "encerrar" señales que deben ser básicamente homogéneas, dentro de los cuales podemos diferenciar señales. Básicamente, compartiendo la misma base de frecuencias, dos o más canales pueden existir independientemente del otro.

Es fácil dentro de este modelo entender el concepto, a veces tomado sin mucha reflexión, de canal de emisión. También podemos ver que a mayor frecuencia, mayor posibilidad de modulación, y por lo tanto mayor capacidad de canales. También es posible deducir que a mayor ancho de banda, los canales tendrán un mayor espacio en el cual modular las señales, por lo que la calidad de la señal tenderá a ser mayor. Este es el caso de las radios comerciales, donde la banda de AM (de 560 KHz a 1100 KHz) tiene, para cada canal designado, menor espacio modulable que la banda de FM (88 MHz a 104 MHz), por lo que la calidad de las señales de la segunda banda será mayor que las de la banda AM:

El proceso de utilización de la señal radiante, es decir de la señal enviada a través del espacio, consiste en cuatro pasos básicamente similares para cualquier tipo de transmisión:

añadir las señales que se quieren enviar (audio, vídeo, datos) a una corriente alterna, que se llamará el portador, es decir modular la frecuencia del portador.
generar una onda electromagnética dentro del ancho de banda a ser utilizado para este específico fin (emisión de señal modulada).
recibir la señal modulada y tomar la información reflejada en la modulación, mediante aparatos eléctricos (demodulación del portador).
convertir las señales eléctricas resultantes al formato originalmente creado (audio, vídeo, datos) para su uso final.

El proceso no ha cambiado, en el fondo, desde que Marconi inventó la telegrafía sin hilos a comienzos de siglo, si bien las características concretas de los transmisores, receptores y sobre todo de los contenidos y formatos de las señales han sido ampliadas y modificadas casi hasta hacerlas muy poco parecidas a la simple "telegrafía sin hilos". La aplicación de los conceptos de la transmisión en el espectro de frecuencias a la comunicación también ha sido importantísima: sin la capacidad de aplicar los sencillos conceptos de modular y demodular señales eléctricas, entregadas al éter electromagnético dentro de canales convencionales, simplemente no habrían medios de comunicación masiva.

Modulación por división del tiempo

· TDMA ( Time Division Multiplex Access )

Como su traducción dice, es multiplexación por tiempo; esto es, si queremos enviar 3 canales por un mismo medio físico haciendo uso de TDMA, simplemente le asignaremos una duración temporal a cada canal, y se les cederá el medio físico a cada canal durante ese espacio de tiempo determinado. Muy usado en transmisiones digitales por cable, como en redes de computadores. Requiere métodos de sincronismo eficaces.

CABLE DE PAR TRENZADO

El cable está compuesto, como se puede ver en el dibujo, por un conductor interno que es de alambre electrolítico recocido, de tipo circular, aislado por una capa de polietileno coloreado.

Cable de par trenzado

El cable par trenzado es de los más antiguos en el mercado y en algunos tipos de aplicaciones es el más común. Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio, aislados con un grosor de 1 mm aproximado. Los alambres se trenzan con el propósito de reducir la interferencia eléctrica de pares similares cercanos. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multíparas de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares).

Un ejemplo de par trenzado es el sistema de telefonía, ya que la mayoría de aparatos se conectan a la central telefónica por medio de un par trenzado. Actualmente, se han convertido en un estándar en el ámbito de las redes LAN como medio de transmisión en las redes de acceso a usuarios (típicamente cables de 2 ó 4 pares trenzados). A pesar que las propiedades de transmisión de cables de par trenzado son inferiores, y en especial la sensibilidad ante perturbaciones extremas, a las del cable coaxial, su gran adopción se debe al costo, su flexibilidad y facilidad de instalación, así como

Las mejoras tecnológicas constantes introducidas en enlaces de mayor velocidad, longitud, etc.

Cable de par trenzado

Debajo de la aislación coloreada existe otra capa de aislación también de polietileno, que contiene en su composición una sustancia antioxidante para evitar la corrosión del cable. El conducto sólo tiene un diámetro de aproximadamente medio milímetro, y más la aislación el diámetro puede superar el milímetro.

Sin embargo es importante aclarar que habitualmente este tipo de cable no se maneja por unidades, sino por pares y grupos de pares, paquete conocido como cable multipar. Todos los cables del multipar están trenzados entre sí con el objeto de mejorar la resistencia de todo el grupo hacia diferentes tipos de interferencia electromagnética externa. Por esta razón surge la necesidad de poder definir colores para los mismos que permitan al final de cada grupo de cables conocer qué cable va con cual otro. Los colores del aislante están normalizados a fin de su manipulación por grandes cantidades. Para Redes Locales los colores estandarizados son:

--Naranja/Blanco-Naranja
--Verde/Blanco-Verde
--Blanco/Azul-Azul
--Blanco/Marrón-Marrón

En telefonía, es común encontrar dentro de las conexiones grandes cables telefónicos compuestos por cantidades de pares trenzados, aunque perfectamente identificables unos de otros a partir de la normalización de los mismos. Los cables una vez fabricados unitariamente y aislados, se trenzan de a pares de acuerdo al color de cada uno de ellos; aún así, estos se vuelven a unir a otros formando estructuras mayores: los pares se agrupan en subgrupos, los subgrupos se agrupan en grupos, los grupos se agrupan en superunidades, y las superunidades se agrupan en el denominado cable.

De esta forma se van uniendo los cables hasta llegar a capacidades de 2200 pares; un cable normalmente está compuesto por 22 superunidades; cada subunidad está compuesta por 12 pares aproximadamente; este valor es el mismo para las unidades menores .Los cables telefónicos pueden ser armados de 6, 10, 18, 20, 30, 50, 80, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 900, 1200, 1500, 1800 ó 2200 pares.

Tipos de cables de par trenzado

--Cable de par trenzado apantallado (STP):

En este tipo de cable, cada par va recubierto por una malla conductora que actúa de apantalla frente a interferencias y ruido eléctrico. Su impedancia es de 150 Ohm.

El nivel de protección del STP ante perturbaciones externas es mayor al ofrecido por UTP. Sin embargo es más costoso y requiere más instalación.

La pantalla del STP, para que sea más eficaz, requiere una configuración de interconexión con tierra (dotada de continuidad hasta el terminal), con el STP se suele utilizar conectores RJ49.

Es utilizado generalmente en las instalaciones de procesos de datos por su capacidad y sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas, pero el inconveniente es que es un cable robusto, caro y difícil de instalar.

Cable de par trenzado

--Cable de par trenzado con pantalla global (FTP)

En este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están apantallados, pero sí dispone de una pantalla global para mejorar su nivel de protección ante interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 OHMIOS y sus propiedades de transmisión son más parecidas a las del UTP. Además, puede utilizar los mismos conectores RJ45. Tiene un precio intermedio entre el UTP y STP.

--Cable par trenzado no apantallado (UTP)

El cable par trenzado más simple y empleado, sin ningún tipo de pantalla adicional y con una impedancia característica de 100 Ohmios.

El conector más frecuente con el UTP es el RJ45, aunque también puede usarse otro (RJ11, DB25, DB11,etc), dependiendo del adaptador de red.
Es sin duda el que hasta ahora ha sido mejor aceptado, por su costo accesibilidad y fácil instalación. Sus dos alambres de cobre torcidos aislados con plástico PVC han demostrado un buen desempeño en las aplicaciones de hoy. Sin embargo, a altas velocidades puede resultar vulnerable a las interferencias electromagnéticas del medio ambiente.
El cable UTP es el más utilizado en telefonía por lo que realizaremos un estudio más a fondo de este tipo de cable.

Cable de par trenzado

CABLE COAXIAL DE BANDA Y ANGOSTA

Cable formado por dos conductores concéntricos. El conductor central o núcleo está formado por un hilo sólido de cobre, rodeado por una capa aislante que lo separa del externo, formado por una malla trenzada de cobre o aluminio, este conductor produce un efecto de apantallamiento y además sirve como retorno de las corrientes. Todo el conjunto está protegido por una cubierta aislante. Existen múltiples tipos de cable coaxial, cada uno con un diámetro e impedancia diferentes. El cable coaxial se utiliza en redes de comunicación de banda ancha (cable de televisión) y cables de banda base (Ethernet). El cable coaxial no es habitualmente afectado por interferencias externas, y es capaz de lograr altas velocidades de transmisión en largas distancias.

Presenta propiedades mucho más favorables que el par trenzado frente a interferencias y a la longitud de la línea de datos, de modo que el ancho de banda puede ser mayor. Esto permite una mayor concentración de las transmisiones analógicas o más capacidad de las transmisiones digitales.

En redes de área local se utilizan dos tipos de cable coaxial: fino y grueso.

Se pueden conseguir anchos de banda comprendidos entre los 80 Mhz y los 400 Mhz (dependiendo de si es fino o grueso).

Antes de la utilización masiva de la fibra óptica en las redes de telecomunicaciones, el cable coaxial era ampliamente utilizado en sistemas de transmisión analógica basados en la multiplexación por división de frecuencia (MDF), donde se alcanzaban capacidades de transmisión de más de 10.000 circuitos de voz.

Asimismo, en sistemas digitales basados en la multiplexación por división de tiempo (MDT) se conseguía la transmisión de más de 7.000 canales de 64 kbps.
El cable utilizado para estos fines de transmisión a larga distancia tenía una estructura diferente al utilizado en aplicaciones de redes LAN, ya que, debido a que se instalaba enterrado, tenía que estar protegido contra esfuerzos de tracción y presión, por lo que normalmente aparte de los aislantes correspondientes llevaba un armado exterior de acero.

Cable coaxial RG-59.
A: Cubierta protectora de plástico
B: Malla de cobre
C: Aislante
D: Núcleo de cobre

CONCEPTO DE FIBRA ÓPTICA

Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio (compuestos de cristales naturales) o plástico (cristales artificiales), del espesor de un pelo (entre 10 y 300 micrones). Llevan mensajes en forma de haces de luz que realmente pasan a través de ellos de un extremo a otro, donde quiera que el filamento vaya (incluyendo curvas y esquinas) sin interrupción.

Las fibras ópticas pueden ahora usarse como los alambres de cobre convencionales, tanto en pequeños ambientes autónomos (tales como sistemas de procesamiento de datos de aviones), como en grandes redes geográficas (como los sistemas de largas líneas urbanas mantenidos por compañías telefónicas).

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico, de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

La Fibra Óptica consiste en una guía de luz con materiales mucho mejores que lo anterior en varios aspectos. A esto le podemos añadir que en la fibra óptica la señal no se atenúa tanto como en el cobre, ya que en las fibras no se pierde información por refracción o dispersión de luz consiguiéndose así buenos rendimientos, en el cobre, sin embargo, las señales se ven atenuadas por la resistencia

Del material a la propagación de las ondas electromagnéticas de forma mayor. Además, se pueden emitir a la vez por el cable varias señales diferentes con distintas frecuencias para distinguirlas, lo que en telefonía se llama unir o multiplexor diferentes conversaciones eléctricas. También se puede usar la fibra óptica para transmitir luz directamente y otro tipo de ventajas.

Fabricación de la Fibra Óptica

Aquí se muestran como se fabrica la fibra.

La primera etapa consiste en el ensamblado de un tubo y de una barra de vidrio cilíndrico montados concéntricamente. Se calienta el todo para asegurar la homogeneidad de la barra de vidrio.

Una barra de vidrio de una longitud de 1 m y de un diámetro de 10 cm permite obtener por estiramiento una fibra monomodo de una longitud de alrededor de 150 km.

La barra así obtenida será instalada verticalmente en una torre situada en el primer piso y calentada por las rampas a gas.

El vidrio se va a estirar y "colar" en dirección de la raíz para ser enrollado sobre una bobina.

Se mide el espesor de la fibra (~10um) para dominar la velocidad del motor del enrollador, a fin de asegurar un diámetro constante.

Cada bobina de fibra hace el objeto de un control de calidad efectuado al microscopio.

Después se va a envolver el vidrio con un revestimiento de protección (~230 um) y ensamblar las fibras para obtener el cable final a una o varias hebras.

¿De qué están hechas las Fibras Ópticas?

La mayoría de las fibras ópticas se hacen de arena o sílice, materia prima abundante en comparación con el cobre. Con unos kilogramos de vidrio pueden fabricarse aproximadamente 43 kilómetros de fibra óptica. Los dos constituyentes esenciales de las fibras ópticas son el núcleo y el revestimiento. El núcleo es la parte más interna de la fibra y es la que guía la luz.

Consiste en una o varias hebras delgadas de vidrio o de plástico con diámetro de 50 a 125 micras. El revestimiento es la parte que rodea y protege al núcleo.

El conjunto de núcleo y revestimiento está a su vez rodeado por un forro o funda de plástico u otros materiales que lo resguardan contra la humedad, el aplastamiento, los roedores, y otros riesgos del entorno.

¿Cómo funciona la Fibra Óptica?

En un sistema de transmisión por fibra óptica existe un transmisor que se encarga de transformar las ondas electromagnéticas en energía óptica o en luminosa, por ello se le considera el componente activo de este proceso. Una vez que es transmitida la señal luminosa por las minúsculas fibras, en otro extremo del circuito se encuentra un tercer componente al que se le denomina detector óptico o receptor, cuya misión consiste en transformar la señal luminosa en energía electromagnética, similar a la señal original. El sistema básico de transmisión se compone en este orden, de señal de entrada, amplificador, fuente de luz, corrector óptico, línea de fibra óptica (primer tramo ), empalme, línea de fibra óptica (segundo tramo), corrector óptico, receptor, amplificador y señal de salida.

En resumen, se puede decir que este proceso de comunicación, la fibra óptica funciona como medio de transportación de la señal luminosa, generado por el transmisor de LED’S (diodos emisores de luz) y láser.

Los diodos emisores de luz y los diodos láser son fuentes adecuadas para la transmisión mediante fibra óptica, debido a que su salida se puede controlar rápidamente por medio de una corriente de polarización. Además su pequeño tamaño, su luminosidad, longitud de onda y el bajo voltaje necesario para manejarlos son características atractivas.

COMPONENTES Y TIPOS DE FIBRA ÓPTICA

Componentes de la Fibra Óptica

El Núcleo: En sílice, cuarzo fundido o plástico - en el cual se propagan las ondas ópticas. Diámetro: 50 o 62,5 um para la fibra multimodo y 9um para la fibra monomodo.

La Funda Óptica: Generalmente de los mismos materiales que el núcleo pero con aditivos que confinan las ondas ópticas en el núcleo.

El revestimiento de protección: por lo general esta fabricado en plástico y asegura la protección mecánica de la fibra.

QUÉ ES UNA ANTENA

La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre.

En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.

Las antenas deben de dotar a la onda radiada con un aspecto de dirección. Es decir, deben acentuar un solo aspecto de dirección y anular o mermar los demás. Esto es necesario ya que solo nos interesa radiar hacia una dirección determinada.

Esto se puede explicar con un ejemplo, hablando de las antenas que llevan los satélites. Estas acentúan mucho la dirección hacia la tierra y anulan la de sentido contrario, puesto que lo que se quiere es comunicarse con la tierra y no mandar señales hacia el espacio.

Las antenas también deben dotar a la onda radiada de una polarización. La polarización de una onda es la figura geométrica descrita, al transcurrir el tiempo, por el extremo del vector del campo eléctrico en un punto fijo del espacio en el plano perpendicular a la dirección de propagación.

Para todas las ondas, esa figura es normalmente una elipse, pero hay dos casos particulares de interés y son cuando la figura trazada es un segmento, denominándose linealmente polarizada, y cuando la figura trazada es un círculo, denominándose circularmente polarizada.

Una onda está polarizada circularmente o elípticamente a derechas si un observador viese a esa onda alejarse, y además viese girar al campo en el sentido de las agujas de un reloj. Lógicamente, si lo viese girar en sentido contrario, sería una onda polarizada circularmente o elípticamente a izquierdas.

DESCRIPCION DE LOS TIPOS DE ANTENAS

Una antena es un dispositivo formado por un conjunto de conductores que, unido a un generador, permite la emisión de ondas de radio frecuencia, o que, conectado a una impedancia, sirve para captar las ondas emitidas por una fuente lejana para este fin existen diferentes tipos:

Antena colectiva:

Antena receptora que, mediante la conveniente amplificación y el uso de distribuidores, permite su utilización por diversos usuarios.

Antena de cuadro:

Antena de escasa sensibilidad, formada por una bobina de una o varias espiras arrolladas en un cuadro, cuyo funcionamiento bidireccional la hace útil en radiogoniometría.

Antena de reflector o parabólica:

Antena provista de un reflector metálico, de forma parabólica, esférica o de bocina, que limita las radiaciones a un cierto espacio, concentrando la potencia de las ondas; se utiliza especialmente para la transmisión y recepción vía satélite.

Antena lineal:

La que está constituida por un conductor rectilíneo, generalmente en posición vertical.

Antena multibanda:

La que permite la recepción de ondas cortas en una amplitud de banda que abarca muy diversas frecuencias.

Dipolo de Media Onda

El dipolo de media onda lineal o dipolo simple es una de las antenas más ampliamente utilizadas en frecuencias arriba de 2MHz. En frecuencias abajo de 2 MHz, la longitud física de una antena de media longitud de onda es prohibitiva. Al dipolo de media onda se le refiere por lo general como antena de Hertz.

Una antena de Hertz es una antena resonante. O Sea, es un múltiplo de un cuarto de longitud de onda de largo y de circuito abierto en el extremo más lejano. Las ondas estacionarias de voltaje y de corriente existen a lo largo de una antena resonante.

La figura anterior podemos observar las distribuciones de corriente y voltaje ideales a lo largo de un dipolo de media onda. Cada polo de la antena se ve como una sección abierta de un cuarto de longitud de onda de una linea de transmisión. Por lo tanto en los extremos hay un máximo voltaje y un mínimo de corriente y un mínimo de voltaje y un máximo de corriente en el centro.

La impedancia varia de un valor máximo en los extremos de aproximadamente 2500 W a un valor mínimo en el punto de alimentación de aproximadamente 73 W (de los cuales entre 68 y 70 W es la impedancia de radiación).

El patrón de radiación de espacio libre para un dipolo de media onda depende de la localización horizontal o vertical de la antena con relación a la superficie de la tierra.

Antena Yagi:

Antena constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales televisivas. Los elementos directores dirigen el campo eléctrico, los activos radian el campo y los reflectores lo reflejan. (figura siguiente)

Los elementos no activados se denominan parásitos, la antena yagi puede tener varios elementos activos y varios parásitos. Su ganancia esta dada por:

G = 10 log n

donde n es el número de elementos por considerar.

Para la antena yagi de tres elementos la distancia entre el reflector y el activo es de 0.15l , y entre el activo y el director es de 0.11l . Estas distancias de separación entre los elementos son las que proporcionan la óptima ganancia, ya que de otra manera los campos de los elementos interferirían destructivamente entre sí, bajando la ganancia.

Como se puede observar, este diseño de antena yagi resulta ser de ancho de banda angosto, ya que el elemento dipolar está cortado a una sola frecuencia que generalmente se selecciona en la mitad del ancho de banda de los canales bajos de TV; es decir, del canal 2 al canal 6 (de 50MHz a 86 MHz). Esto resulta ser una desventaja ya que no es posible cubrir varios canales de TV con una misma ganancia seleccionada. Por tal razón se utiliza la denominada antena yagi de banda ancha, la cual puede cubrir varios canales a la vez aunque sacrificando la ganancia.

Para considerar una antena yagi de banda ancha es necesario, entonces, hacer ajustes en las distancia entre los elementos para obtener, junto con el ancho de banda deseado, la ganancia óptima. Se recuerda que para un arreglo de antenas en las cuales todos los elementos van alimentados se obtiene mejor ganancia para el denominado "en linea". Como la antena yagi utiliza elementos alimentados y parasitos, es común aumentar el numero de elementos alimentados a 2 o 3; estos dipolos se cortan a la frecuencia media del ancho de banda; generalmente para los canales bajos de televisión da muy buen resultado.

ACOPLAMIENTO DE IMPEDANCIAS

Es la unión de dos impedancias diferentes, para que haya transferencia de uno a otra. La eficaz transferencia de potencia de una etapa a otra se logra cuando las impedencias de ambas etapas se acoplen o iguales.

Un ejemplo de un mal acoplamiento de impedencias es la perdida de volumen cuando un micrófono de baja impedancia se conecta a un amplificador de alta impedancia. Una forma de compensar la falta de acoplamiento es conector un transformador adaptador

MICROONDAS

Son ondas de radio de alta frecuencia y por consiguiente de longitud de onda muy corta, de ahí su nombre.

Tienen la propiedad de excitar la molécula de agua, por consiguiente se utilizan en los hornos de microondas para calentar alimentos que contengan este líquido.

Las microondas están situadas entre los rayos infrarrojos (cuya frecuencia es mayor) y las ondas de radio convencionales. Su longitud de onda va aproximadamente desde 1 mm hasta 30 cm. Las microondas se generan con tubos de electrones especiales como el klistrón o el magnetrón, que incorporan resonadores para controlar la frecuencia, o con osciladores o dispositivos de estado sólido especiales.

Las microondas tienen muchas aplicaciones: radio y televisión, radares, meteorología, comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de las propiedades de la materia o cocinado de alimentos.

Las microondas pueden detectarse con un instrumento formado por un rectificador de diodos de silicio conectado a un amplificador y a un dispositivo de registro o una pantalla.

La Radiación de Fondo de Microondas es una radiación de baja temperatura que llega a la superficie de la Tierra desde el espacio.

Recibe este nombre porque constituye un fondo de radiación de todas las direcciones del espacio, incluso de aquéllas en las que no hay ningún objeto. Arno Penzias y Robert W. Wilson fueron los primeros en detectarla y darla a conocer en 1965. De acuerdo con la teoría de gran aceptación, esta radiación es lo que queda de las elevadísimas temperaturas propias de los primeros momentos del Big Bang.